بررسي تاثير ميدان مغناطيسي خارجي بر مشخصات اختلاطي سيال هيدرومغناطيس همسانگرد دوبعدي

The effect of external magnetic field on mixing characteristics of twodimensional isotropic MHD

در اين پژوهش به بررسي تأثير ميدان مغناطيسي ثابت و يكنواخت خارجي بر خصوصيات اختلاطي يك جريان همسانگرد دوبعدي هيدرومغناطيس و مشخصه‌هاي ديناميكي و ساختاري آن پرداخته شده است. براي اين منظور از شبيه‌سازي عددي مستقيم به روش شبه طيفي جهت حل معادلات هيدرومغناطيس دوبعدي تراكم‌ناپذير بهره گرفته شده است. محاسبات نشان مي‌دهد كه ميدان مغناطيسي خارجي ثابت، سبب تغيير شكل گردابه‌ها در راستاي خطوط ميدان مي‌شود و با افزايش شدت ميدان مغناطيسي اين تغيير شكل افزايش مي‌يابد. اين تغييرات، بر مشخصه‌هاي ديناميكي و همچنين بازده اختلاط جريان تأثيرگذار است. بررسي بازده اختلاط نشان داد كه با افزايش شدت ميدان مغناطيسي و يا كاهش ضريب انتشار مغناطيسي، بازده اختلاط سيال كاهش مي‌يابد. جهت بررسي عوامل تاثيرگذار بر كاهش اختلاط، ديناميك گردابه‌هاي كوچك و بزرگ مورد توجه قرار گرفت. بررسي اثر ميدان مغناطيسي خارجي بر نرخ اتلاف انرژي كه با تغييرات ديناميك گردابه‌هاي كوچك در ارتباط است نشان مي‌دهد كه نرخ اتلاف انرژي ناشي از لزجت سيال در حضور ميدان مغناطيسي خارجي نسبت به حالتي كه ميدان مغناطيسي حضور نداشته باشد كاهش مي‌يابد. اين در حالي است كه نتايج نشان مي‌دهد نرخ اتلاف انرژي كل در مقايسه با حالت عدم حضور ميدان مغناطيسي روند افزايشي دارد. از طرفي جهت نشان دادن ديناميك گردابه‌هاي بزرگ، انرژي كل، جنبشي و مغناطيسي مورد بررسي قرار گرفت و نشان داده شد كه در حضور ميدان مغناطيسي خارجي، به دليل وجود نيروي لورنتز، انرژي از ميدان سيال به ميدان مغناطيسي منتقل مي‌گردد كه هر دو روند ديناميك گردابه‌هاي كوچك و بزرگ سبب كاهش اختلاط سيال مي‌شود.

In this article, the impact of external constant and uniform magnetic field is investigated on the mixing efficiency and also geometric and dynamic characteristics of two-dimensional isotropic MHD flow. For this purpose, the direct numerical simulation (DNS) is applied to two-dimensional incompressible magneto-hydrodynamic equations by pseudo-spectral method. Calculations show that external magnetic field causes deformation of vortexes and this deformation is increased by intensification of magnetic field. The dynamic characteristics of flow are affected by these deformations. Investigation of mixing efficiency shows that increase in magnitude of magnetic field or decrease in magnetic diffusivity coefficient causes mixing efficiency to reduce. For explore of the factors affecting on mixing reduction, small and large scale vortexes are studied. Investigation of external magnetic field effect on dissipated energy rate that is associated with changes in the dynamics of small vortexes shows that viscose dissipated energy rate is reduced in the presence of magnetic field compared to its absence. However results show that total dissipated energy rate is increased compared to no magnetic field presence. In order to demonstrate of large scale vertex dynamics, total kinematic and magnetic energy are considered. It is shown that in the presence of external magnetic field, energy is transferred from flow field to magnetic field due to Lorentz force that both leads to reduction of mixing efficiency.