COMSOL磁流體的案例
COMSOL磁流體動力學(xué)（MHD）案例
0 研究背景
磁流體又稱磁性液體、鐵磁流體或磁液，是一種新型的功能材料，它既具有液體的流動性又具有固體磁性材料的磁性。是由直徑為納米量級（10納米以下）的磁性固體顆粒、基載液（也叫媒體）以及界面活性劑三者混合而成的一種穩(wěn)定的膠狀液體。該流體在靜態(tài)時無磁性吸引力，當(dāng)外加磁場作用時，才表現(xiàn)出磁性，正因如此，它才在實(shí)際中有著廣泛的應(yīng)用，在理論上具有很高的學(xué)術(shù)價值。用納米金屬及合金粉末生產(chǎn)的磁流體性能優(yōu)異，可廣泛應(yīng)用于各種苛刻條件的磁性流體密封、減震、醫(yī)療器械、聲音調(diào)節(jié)、光顯示、磁流體選礦等領(lǐng)域。（源自：百度百科）
1 模型介紹
模型如圖所示，在磁流體流動區(qū)域上端和下端分別具有一塊永磁體，剩磁為0.3T。永磁體形成的磁場強(qiáng)度作為磁流體的流動過程的背景磁場。磁流體的相關(guān)參數(shù)列表也如下表所示。
展開 基于Comsol的MHD磁流體驅(qū)動微通道散熱
image_process=/format,webp/resize,w_219" alt="基于comsol的鋰電池疊片電化學(xué)耦合熱分析的圖1" width="219"></span></p><p> 磁流體動力學(xué)的基本思想是，在傳導(dǎo)流體時，流體運(yùn)動會引起磁場的變化并感應(yīng)出電流，從而通過電流和磁場之間的相互作用在流體上產(chǎn)生力，從而使流體產(chǎn)生作用力。它會改變自己。<a href="https://vibaike.com/4127/" rel="noopener noreferrer" target="_blank">目標(biāo)</a>物質(zhì)主要是<a href="https://vibaike.com/111571/" rel="noopener noreferrer" target="_blank">液態(tài)金屬</a>（例如汞）和<a href="https://vibaike.com/101900/" rel="noopener noreferrer" target="_blank">等離子體</a>。正常流體動力學(xué)的基本方程（基本方程納維-斯托克斯方程和連續(xù)性方程）和電磁場的的麥克斯韋方程組被與組合使用。</p><p> 目前成熟應(yīng)用的是冷卻核反應(yīng)堆的磁流體動力泵 ,也可用于冶金,機(jī)器制造及化工行業(yè) ,輸送及定量供給溫度達(dá) 75 0℃的熔融有色金屬及堿金屬.如鋼板鍍鋁和鍍鋅時從熔池抽出熔融金屬 ;在壓力鑄造時定量輸送熔融金屬 ;清理金屬熔池與排除故障等。
展開 在 COMSOL? 中構(gòu)建磁流體動力學(xué)多物理場模型
我們以構(gòu)建磁流體動力學(xué)（MHD）模型為例介紹一下這個工作流程。
磁流體動力學(xué)的多物理場建模
MHD 現(xiàn)象的建模本質(zhì)上是一個多物理場問題；必須用數(shù)值方法求解流體流動、電流和磁場之間的耦合問題。這些不同的場都是由偏微分方程描述的，可以通過有限元方法求解。
施加電流時兩個磁體之間通道中導(dǎo)電流體的 MHD 問題。
我們看看如何在一個相對簡單的問題背景下進(jìn)行建模：如上所述，絕緣的矩形通道內(nèi)為不可壓縮導(dǎo)電流體，這個通道連接兩個流體靜壓相等的無限大容器（未建模）。有兩個電極穿過流動通道在兩側(cè)伸出，通過施加電勢差驅(qū)動電流通過流體。此外，在上方和下方分別放置一個圓形磁鐵。磁體產(chǎn)生靜磁場，使得具有導(dǎo)電性 以一定速度 移動通過該磁場，從而產(chǎn)生感應(yīng)電流。。除了這些感應(yīng)電流之外，由于電勢場的邊界條件，還會產(chǎn)生電流 ，因此流體中的總電流變?yōu)椋?流經(jīng)磁場的電流將對流體產(chǎn)生體積力 ，并將流體從一個容器泵送到另一個容器。我們假設(shè)系統(tǒng)在穩(wěn)定狀態(tài)下運(yùn)行。
耦合電場、磁場和流場
對于這個問題，我們需要求解流體中的偏微分方程組來描述電場和磁場。方程式為：
和
這組方程通過磁場和電場 接口（AC/DC模塊的一部），使用安培定律和電流守恒 特征以及單獨(dú)的速度（洛倫茲項(xiàng)） 特征求解。
在移動流體周圍的空間中，沒有電流，所以我們只需求解單矢量方程：
其中是剩余磁通密度，它僅在磁域中非零。當(dāng)單獨(dú)求解上述方程時，請使用磁場和電場 接口中的安培定律 特征。
我們假設(shè)通道壁的屬性不影響場，因此在模型中忽略它們。使用一組材料屬性和邊界條件來給出說明性結(jié)果。任何位置的磁場邊界條件都是磁絕緣 條件， xy 平面除外，該平面采用理想磁導(dǎo)體 條件來利用系統(tǒng)的對稱性。表示電極的域必須一直延伸到建模域的邊界，接觸磁絕緣 邊界，以提供電流返回路徑。
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