液态金属热对流典型流动结构实验研究

作     者：程有基 陈新元 阳倦成 倪明玖 CHENG Youji;CHEN Xinyuan;YANG Juancheng;NI Mingjiu

作者机构：西安交通大学航天航空学院机械结构强度与振动国家重点实验室西安710049 中国科学院大学工程科学学院北京100049 

出 版 物：《中国科学院大学学报（中英文）》 (Journal of University of Chinese Academy of Sciences)

年 卷 期：2023年第40卷第2期

页      面：155-164页

核心收录：

学科分类：080704[工学-流体机械及工程] 08[工学] 0807[工学-动力工程及工程热物理] 

基　　金：国家自然科学基金(51927812 51636009 51776166)资助 

主　　题：热对流 液态金属 磁流体力学 单涡胞运动 振荡双涡胞运动 

摘      要：通过搭建长宽高比为1∶1∶2的实验方腔,系统性地研究低普朗特数(0.03)的镓铟锡合金在有/无磁场作用下所产生的热对流结构。实验中上下铜板的温差由2个恒温水浴来实现,通过在铜板上布置测温探头测量温度,在方腔侧壁布置超声波探头实现对液态金属内部速度分布的测量。实验获得了3种典型的流动结构,无磁场环境下液态金属的流动在空间上呈现大尺度环流,靠近冷热端液态金属的温度无序波动,且速度分布符合热湍流的基本特性,为流动结构Ⅰ。当施加水平磁场,磁场极大地抑制对流运动,出现稳定的单涡胞运动结构,即流动结构Ⅱ和振荡的双涡胞运动结构,即流动结构Ⅲ。随后通过对3个不同测量位置的速度分布进行详细分析,深入解析水平磁场存在下的这2种流动结构的典型特征。