Formation of the Inlet Flow Profile for Passive Control of a Magnetohydrodynamic Liquid-Metal Flow in a Channel

Cover Page

Cite item

Full Text

Open Access Open Access
Restricted Access Access granted
Restricted Access Subscription Access

Abstract

The paper describes an experimental attempt to affect the flow of liquid metal using a relatively small perturbation at an inlet to a long channel. The purpose is to form a flow structure which is stable in a strong magnetic field at high heat loads, enhance heat transfer, and achieve more predictable flow parameters. It is demonstrated that an obstacle in the form of a rod located transverse to the flow and parallel to the applied magnetic field and installed at the inlet can induce perturbations in the form of regular vortices observed along the flow at lengths as great as several tens of channel hydraulic diameters. The experiments confirm that thus generated vortices considerably change the structure of the isothermal MHD flow. In the case of mixed convection, such vortices suppress the development large-scale thermogravitational fluctuations in the flow and enhance heat transfer under certain flow conditions.

About the authors

I. A. Belyaev

Joint Institute for High Temperatures, Russian Academy of Sciences (JIHT RAS); National Research University Moscow Power Engineering Institute

Email: bia@ihed.ras.ru
Moscow, Russia; Moscow, Russia

D. Yu. Chernysh

Joint Institute for High Temperatures, Russian Academy of Sciences (JIHT RAS); National Research University Moscow Power Engineering Institute

Email: bia@ihed.ras.ru
Moscow, Russia; Moscow, Russia

N. A. Luchinkin

Joint Institute for High Temperatures, Russian Academy of Sciences (JIHT RAS); National Research University Moscow Power Engineering Institute

Email: bia@ihed.ras.ru
Moscow, Russia; Moscow, Russia

D. S. Krasnov

Technische Universitat Ilmenau

Email: bia@ihed.ras.ru
Ilmenau, Germany

Yu. B. Kolesnikov

Technische Universitat Ilmenau

Email: bia@ihed.ras.ru
Ilmenau, Germany

Ya. I. Listratov

National Research University Moscow Power Engineering Institute

Author for correspondence.
Email: bia@ihed.ras.ru
Moscow, Russia

References

  1. Krasnov D., Zikanov O., Schumacher J., Boeck T. Magnetohydrodynamic Turbulence in a Channel with Spanwise Magnetic Field // Phys. Fluids. 2008. V. 20. № 9. 095105.
  2. Zikanov O., Belyaev I., Listratov Y., Frick P., Razuvanov N., Sviridov V. Mixed Convection in Pipe and Duct Flows With Strong Magnetic Fields // Appl. Mech. Rev. 2021. V. 73. № 1. 010801.
  3. Belyaev I., Krasnov D., Kolesnikov Y., Biryukov D., Chernysh D., Zikanov O., Listratov Y. Effects of Symmetry on Magnetohydrodynamic Mixed Convection Flow in a Vertical Duct // Phys. Fluids. 2020. V. 32. № 9. 094106.
  4. Gad-el Hak M. Flow Control: Passive, Active, and Reactive Flow Management. Cambridge: University Press, 2007.
  5. Andreev O., Kolesnikov Y. Experimental Flow Around a Conducting Cylinder in an Axial Homogeneous Magnetic Field // Magnetohydrodynamics. 2007. V. 34. P. 286.
  6. Mück B., Günther C., Müller U., Bühler L. Three-dimensional MHD Flows in Rectangular Ducts with Internal Obstacles // J. Fluid Mech. 2000. V. 418. P. 265.
  7. Hussam W.K., Thompson M.C., Sheard G.J. Dynamics and Heat Transfer in a Quasi-two-dimensional MHD Flow Past a Circular Cylinder in a Duct at High Hartmann Number // Int. J. Heat Mass Transfer. 2011. V. 54. № 5–6. P. 1091.
  8. Hussam W.K., Sheard G.J. Heat Transfer in a High Hartmann Number MHD Duct Flow with a Circular Cylinder Placed near the Heated Side-wall // Int. J. Heat Mass Transfer. 2013. V. 67. P. 944.
  9. Hamid A.H., Hussam W.K., Pothérat A., Sheard G.J. Spatial Evolution of a Quasi-two-dimensional Kármán Vortex Street Subjected to a Strong Uniform Magnetic Field // Phys. Fluids. 2015. V. 27. № 5. 053602.
  10. Farahi Shahri M., Hossein Nezhad A. Quasi-two-dimensional Case Studies of MHD Flow and Heat Transfer Behind a Square Cylinder in a Duct // Int. J. Appl. Electromagnetics Mechanics. 2015. V. 49. № 1. P. 123.
  11. Cassells O.G., Hussam W.K., Sheard G.J. Heat Transfer Enhancement Using Rectangular Vortex Promoters in Confined Quasi-two-dimensional Magnetohydrodynamic Flows // Int. J. Heat Mass Transfer. 2016. V. 93. P. 186.
  12. Hussam W.K., Hamid A.H., Ng Z.Y., Sheard G.J. Effect of Vortex Promoter Shape on Heat Transfer in MHD Duct Flow with Axial Magnetic Field // Int. J. Thermal Sci. 2018. V. 134. P. 453.
  13. Kirillov I., Obukhov D., Genin L., Sviridov V., Razuvanov N., Batenin V., Belyaev I., Poddubnyi I., Pyatnitskaya N.Y. Buoyancy Effects in Vertical Rectangular Duct with Coplanar Magnetic Field and Single Sided Heat Load // Fusion Engineering and Design. 2016. V. 104. P. 1.
  14. Chernysh D.Y., Krasnov D., Kolesnikov Y.B., Belyaev I. Swirling to Improve Heat Transfer in the MHD Flow of Liquid Metal in a Duct // J. Phys.: Conf. Ser. 2021. V. 2088. 012007.
  15. Беляев И.А., Свиридов В.Г., Батенин В.М., Бирюков Д.А., Никитина И.С., Манчха С.П., Пятницкая Н.Ю., Разуванов Н.Г., Свиридов Е.В. Экспериментальный стенд для исследований теплообмена перспективных теплоносителей ядерной энергетики // Теплоэнергетика. 2017. Т. 64. № 11. С. 66.
  16. Bobkov V., Fokin L., Petrov E., Popov V., Rumiantsev V., Savvatimsky A. Thermophysical Properties of Materials for Nuclear Engineering: A Tutorial and Collection of Data. Vienna: IAEA, 2008.
  17. Теплофизические свойства материалов ядерной техники / Под ред. П.Л. Кириллова. 2-е изд., испр. и доп. М.: ИздАТ, 2007. 194 с.
  18. Razuvanov N., Frick P., Belyaev I., Sviridov V. Experimental Study of Liquid Metal Heat Transfer in a Vertical Duct Affected by Coplanar Magnetic Field: Downward Flow // Int. J. Heat Mass Transfer. 2019. V. 143. P. 118529.
  19. Jiménez J. Transition to Turbulence in Two-dimensional Poiseuille Flow // J. Fluid Mech. 1990. V. 218. P. 265.
  20. Votsish A., Kolesnikov Y. Anomalous Transfer of Energy in a Shear MHD Flow with Two-dimensional Turbulence // Magnitnaia Gidrodinamika. 1976. V. 12. № 4. P. 47.
  21. Roshko A. On the Development of Turbulent Wakes from Vortex Streets. Report 1191. California: Caltech, 1952. 25 p.
  22. Kolesnikov Y., Tsinober A. Two-dimensional Turbulent Flow Behind a Circular Cylinder // Magnetohydrodynamics. 1972. V. 8. № 3. P. 300.
  23. Генин Л.Г., Свиридов В.Г. Гидродинамика и теплообмен МГД-течений в каналах. М.: Изд-во “МЭИ”, 2001. 199 с.
  24. Smolentsev S. Physical Background, Computations, and Practical Issues of the Magnetohydrodynamic Pressure Drop in a Fusion Liquid Metal Blanket // Fluids. 2021. V. 6. № 3. P. 110.

Supplementary files

Supplementary Files
Action
1. JATS XML
2.

Download (241KB)
3.

Download (483KB)
4.

Download (505KB)
5.

Download (246KB)
6.

Download (20KB)
7.

Download (73KB)
8.

Download (300KB)
9.

Download (301KB)
10.

Download (291KB)
11.

Download (204KB)
12.

Download (106KB)
13.

Download (451KB)

Copyright (c) 2023 И.А. Беляев, Д.Ю. Черныш, Н.А. Лучинкин, Д.С. Краснов, Ю.Б. Колесников, Я.И. Листратов

Согласие на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика»

1. Я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных»), осуществляя использование сайта https://journals.rcsi.science/ (далее – «Сайт»), подтверждая свою полную дееспособность даю согласие на обработку персональных данных с использованием средств автоматизации Оператору - федеральному государственному бюджетному учреждению «Российский центр научной информации» (РЦНИ), далее – «Оператор», расположенному по адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А, со следующими условиями.

2. Категории обрабатываемых данных: файлы «cookies» (куки-файлы). Файлы «cookie» – это небольшой текстовый файл, который веб-сервер может хранить в браузере Пользователя. Данные файлы веб-сервер загружает на устройство Пользователя при посещении им Сайта. При каждом следующем посещении Пользователем Сайта «cookie» файлы отправляются на Сайт Оператора. Данные файлы позволяют Сайту распознавать устройство Пользователя. Содержимое такого файла может как относиться, так и не относиться к персональным данным, в зависимости от того, содержит ли такой файл персональные данные или содержит обезличенные технические данные.

3. Цель обработки персональных данных: анализ пользовательской активности с помощью сервиса «Яндекс.Метрика».

4. Категории субъектов персональных данных: все Пользователи Сайта, которые дали согласие на обработку файлов «cookie».

5. Способы обработки: сбор, запись, систематизация, накопление, хранение, уточнение (обновление, изменение), извлечение, использование, передача (доступ, предоставление), блокирование, удаление, уничтожение персональных данных.

6. Срок обработки и хранения: до получения от Субъекта персональных данных требования о прекращении обработки/отзыва согласия.

7. Способ отзыва: заявление об отзыве в письменном виде путём его направления на адрес электронной почты Оператора: info@rcsi.science или путем письменного обращения по юридическому адресу: 119991, г. Москва, Ленинский просп., д.32А

8. Субъект персональных данных вправе запретить своему оборудованию прием этих данных или ограничить прием этих данных. При отказе от получения таких данных или при ограничении приема данных некоторые функции Сайта могут работать некорректно. Субъект персональных данных обязуется сам настроить свое оборудование таким способом, чтобы оно обеспечивало адекватный его желаниям режим работы и уровень защиты данных файлов «cookie», Оператор не предоставляет технологических и правовых консультаций на темы подобного характера.

9. Порядок уничтожения персональных данных при достижении цели их обработки или при наступлении иных законных оснований определяется Оператором в соответствии с законодательством Российской Федерации.

10. Я согласен/согласна квалифицировать в качестве своей простой электронной подписи под настоящим Согласием и под Политикой обработки персональных данных выполнение мною следующего действия на сайте: https://journals.rcsi.science/ нажатие мною на интерфейсе с текстом: «Сайт использует сервис «Яндекс.Метрика» (который использует файлы «cookie») на элемент с текстом «Принять и продолжить».