[发明专利]一种基于金属流体流场的电磁主动控制方法及设备

权利要求书

1.一种基于金属流体流场的电磁主动控制方法，其特征在于，包括以下步骤：

在需要控制的金属流体流场液面上设置电磁场，通过改变电磁场方向和/或强度，实现对金属流体流场结构及能量分布的控制；

其中，电磁场的具体实现方式为：

低磁场雷诺数条件下，当金属流体在电磁场下运动时流体产生磁场力的作用，将洛伦兹力作为一个源项体积力加入不可压的Navier-Stokes动量输运方程中，并与麦克斯韦方程合并得到完整封闭的磁流体力学方程组，无量纲化的方程组如下：

麦克斯韦方程组为

基于Re_m＝1的条件下，电磁场作为均匀恒定磁场，由电流表达式可得，

j＝qu；

即洛伦兹力为

F_L＝j×B。

2.如权利要求1所述的基于金属流体流场的电磁主动控制方法，其特征在于，采用相容守恒格式保证计算所得的电流密度满足电荷守恒定律。

3.如权利要求2所述的基于金属流体流场的电磁主动控制方法，其特征在于，所述采用相容守恒格式保证计算所得的电流密度满足电荷守恒定律具体包括实现步骤：

步骤S1、通过上一时间步的压力值求解动量方程得到计算网格中心处的预测步速度；

步骤S2、将计算出网格面上的预测流体运动速度作为压力泊松方程的源项求解得到压差，利用该压差来更新流体运动速度值和压力值；

步骤S3、求解电势泊松方程得到电势；利用相容守恒格式计算网格界面处的电流密度；网格中心处的电流通过网格界面处的电流密度守恒差值得到；求得洛伦兹力F_L＝j×B；

步骤S4、将所述洛伦兹力作为源项带入到动量方程中，计算下一时间步的流体运动速度值和压力值。

4.如权利要求3所述的基于金属流体流场的电磁主动控制方法，其特征在于，执行所述步骤S3之前，步骤S1-S2执行迭代多次。

5.如权利要求3所述的基于金属流体流场的电磁主动控制方法，其特征在于，所述

时间项采用二阶隐式向后差分，对流项采用中心差分格式；采用固定时间步长，使CFL数≤0.3。

6.如权利要求3所述的基于金属流体流场的电磁主动控制方法，其特征在于，还包括步骤：

将电磁场下的脉动量方程分解相加后取平均得：

式中，为对流项C_ij，为生成项P_ij，为湍流运输项D_T，为磁场项M_ij，i，j为矩阵不同的量；

将等号右边第一项化简成速度压力梯度项D_p和压力应变率项为：

将等号右边第二项写成粘性扩散项D_ν和耗散项ε的形式：

雷诺应力微分方程如下：

若磁场的方向沿y轴方向,则有：

由此可得:

将J’₁，J’₃的表达式代入M表达式中，可得：

式中，为磁场源项，为磁场汇项。

7.如权利要求1所述的基于金属流体流场的电磁主动控制方法，其特征在于，所述电磁场通过通电的直导电圈或盘形导电圈实现。

8.如权利要求1所述的基于金属流体流场的电磁主动控制方法，其特征在于，所述对于电磁场方向、强度的改变通过

改变接入直导电圈或盘形导电圈的通电电流大小或频率；和/或

改变平行直导电圈或盘形导电圈匝数。

9.计算机设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器中并可在所述处理器上运行的计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如权利要求1至8任一项所述基于金属流体流场的电磁主动控制方法。

10.计算机可读存储介质，所述计算机可读存储介质存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至8任一项所述基于金属流体流场的电磁主动控制方法。