Исследование особенностей МГД-теплообмена при течении электропроводных жидкостей в горизонтальных каналах

Цель третьего (заключительного) этапа работы - исследование комбинированного воздействия термогравитационной конвекции и сильного магнитного поля на поток жидкого металла, анализ фундаментальных свойств конвекционных потоков в магнитных полях различной ориентации по отношению к силе тяжести, получение новых экспериментальных и расчетных данных о 3D-полях скорости, температуры, интенсивности пульсаций скорости и температуры, коэффициентов теплоотдачи, структуре МГД-турбулентности в горизонтальных и вертикальных каналах (трубах) в потоке электропроводной жидкости с учетом влияния продольного и поперечного магнитного поля и термогравитационной конвекции; определение потенциально опасных режимов течения в типичных для бланкета конфигурациях и возможных путей использования термогравитационной конвекции в качестве механизма для дополнительного перемешивания и переноса тепла. Выполнены экспериментальные исследования гидродинамики и теплообмена при подъемном и опускном течении жидкого металла в вертикальной трубе в условиях однородного и одностороннего обогрева в поперечном магнитном поле. Выполнены экспериментальные исследования гидродинамики и теплообмена при подъемном течении жидкого металла в вертикальном канале прямоугольного поперечного сечения с соотношением сторон 3/1 в компланарном магнитном поле при условии одностороннего обогрева. Выполнено экспериментальное исследование характеристик гидродинамики и теплообмена при течении жидкого металла в горизонтальной трубе с односторонним обогревом нижней половины трубы под воздействием поперечного магнитного поля. С помощью метода прямого численного моделирования (DNS) выполнены расчетные исследования задачи гидродинамики и теплообмена жидкого металла при подъемном течении в вертикальном обогреваемом канале с соотношением сторон 3/1 при однородном обогреве. Получены осредненные и универсальные профили скоростей и температур, статистические характеристики турбулентного течения (температурные пульсации и пульсации компонент скорости), значения коэффициента гидравлического сопротивления и коэффициента теплоотдачи. Все рассматриваемые задачи моделируют конфигурации течений жидкого металла в каналах системы охлаждения жидкометаллического модуля бланкета в условиях термоядерного реактора типа ТОКАМАК. Сопоставлены опытные данные по теплоотдаче, полученные в результате детальных зондовых измерений, выполненных на базе ртутных магнитогидродинамических стендов. Результаты проекта могут быть применимы для разработки теплообменных систем ядерных и термоядерных установок с жидкометаллическим охлаждением, а также другой техники или технологий с жидкометаллическими теплоносителями и рабочими телами, например в технологиях получения гомогенных сплавов в металлургии, технологиях выращивания кристаллов и др., как в России, так и за ее пределами.