[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

说明书

本发明公开了一种基于金属流体流场的电磁主动控制方法及设备，该方法包括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。本发明磁场作用下，可准确预测磁场力控制下金属流体流动形态变化和能量分布；湍流条件下，电磁场加入使金属流体流场中各项能量分布改变，调节电磁场的强度可以有效地控制流场的形态和能量的分布形式，在不改变已有模型结构的同时对流场具有明显的控制作用减弱流动分离区的尺寸。

技术领域

本发明涉及电磁控制技术领域，具体涉及基于金属流体流场的电磁主动控制方法。

背景技术

MHD效应在工程应用中常见的有两方面。一方面是基于MHD效应的磁约束核聚变领域，另一方面是工业生产过程可以利用MHD效应进行优化和控制，甚至使新的生产方法成为可能。如今，MHD效应就很好地应用于核聚变实验反应堆(International ThermonuclearExperimental Reactor，简称ITER)的可控核聚变装置——托卡马克(Tokamak)中。在可控核聚变反应堆中，装置内发生的核聚变反应温度可以达到几千万甚至上亿摄氏度，这些高温的等离子体流目前没有任何材料装置可以承装。通过超导线圈通电产生的强磁场将这些高温的等离子体约束在一定的空间范围里，并通过调节磁场的强度来控制托卡马克装置里的等离子体流动状态是一种十分有效的方法。

但是现有研究中，对于非透明金属流体的流动内部能量分布不能够预测及分析观察，有鉴于此，亟需提供一种将磁场运用到非透明金属流体的湍流流动研究中，实现可以准确计算和预测与磁场耦合的流场信息技术。

发明内容

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案是提供了一种基于金属流体流场的电磁主动控制方法，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。

本发明还提供了一种计算机设备，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，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上述所述基于金属流体流场的电磁主动控制方法。

本发明还提供了一种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，所述计算机程序被处理器执行时实现如上述所述基于金属流体流场的电磁主动控制方法。

本发明提出了一种金属流体的电磁场耦合主动控制技术，该技术是一种能够准确预测磁场下复杂流动状态的计算技术。该技术保证电流守恒这一准则的基础上，对磁场下流场中各项能量分别求解，定量分析，克服了非透明金属流体实验的弊端。该技术适用范围广泛，适用于各种复杂构型的工况，对实验具有指导性意义。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其它目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明