2000 Fiscal Year Annual Research Report
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12750167
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| Research Institution | Kyushu University |
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Principal Investigator |
田川 俊夫 九州大学, 機能物質科学研究所, 助手 (90294983)
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| Keywords | ハルトマン数 / 一様静磁場 / 自然対流 / 電磁力 / ハルトマン境界層 / 数値解析 / MHD / 液体金属 |
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| Research Abstract |
液体金属は導電性流体であるため、外部磁場を印加することにより電磁力を発生させ、対流を制御することが可能である。半導体製造や鉄鋼の連続鋳造プロセスでは、液体金属の流れ、特に自然対流の制御のためにしばしば外部磁場が印加される。本研究では、このような磁場印加対流制御に対する基本的知見を得るため、ある密閉容器内のMHD自然対流のモデル化を行なうとともに、その三次元ならびに二次元数値解析を行なった。解析モデルは、向かい合う鉛直面がそれぞれ等温で加熱・冷却され、その他の四面は断熱とし、また六面すべては電気的に絶縁されているとした。印加磁場は一様な静磁場とし、加熱面・冷却面に平行な外部磁場を想定する。印加磁場に垂直な面ではハルトマン境界層が存在し、その厚さはHa数の逆数に比例する。つまり、磁場が強くなるほど、Ha境界層は薄くなっていく。一般的に、ハルトマン境界層内にも数点の格子点が必要となるので、高Ha数の数値解析の実行は、CPUや計算時間の問題のため困難になる。そこで、Ha境界層内には格子を切らずに理論解を与える方法を採用した。この磁場方向の場合、十分に磁場が強ければ、コア領域での流れ場はほぼ二次元になるので、必ずしも三次元数値解析を行なう必要はない。そこで強磁場の場合にのみ、二次元モデルを提案し解析を行なった。二次元数値解析モデルの導入により、高Ra数かつ高Ha数の計算が可能となった。そして数値解析の結果、ある強さ以上の磁場を印加すると、液体金属に特有な振動流は、定常流に遷移することがわかった。また、Ha>>1の条件下、Ha数の1乗に比例して流れ場は抑制されることがわかった。
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