Magnetohydrodynamic flows of liquid metals in thin conducting ducts of various geometries in the presence of strong, non-uniform transverse magnetic fields are examined. The interaction parameter and Hartmann number are assumed to be large, whereas the magnetic Reynolds number is assumed to be small. Under these assumptions, viscous and inertial effects are confined in very thin boundary layer adjacent to the walls. At walls parallel to the magnetic field lines, as at the side walls of a rectangular duct, the boundary layers (side layers) carry a significant fraction of the volumetric flow rate in the form of high velocity jets. The presence of these jets strongly enhances heat transfer performance. In addition, heat transfer can be further improved by guiding the flow toward a heated wall by proper variation of wall thicknesses, duct cross-sectional dimensions, and/or shape. Flows in non-conducting circular ducts are also examined. Experimental results obtained from the ALEX experiments at the Argonne National Laboratory are used to validate the numerical predictions.
様々な形状の薄い導電性ダクト内を流れる液体金属の電磁流体流れを、強い非一様な横方向磁場の存在下で調べた。相互作用パラメータとハルトマン数は大きいと仮定し、一方、磁気レイノルズ数は小さいと仮定する。これらの仮定の下では、粘性効果と慣性効果は壁に隣接する非常に薄い境界層に限定される。磁力線に平行な壁、例えば矩形ダクトの側壁では、境界層（サイド層）が高速ジェットの形で体積流量のかなりの割合を運ぶ。これらのジェットの存在は熱伝達性能を強く向上させる。さらに、壁厚、ダクト断面寸法、および/または形状を適切に変化させることにより、流れを加熱壁に向かって導くことで、熱伝達をさらに改善することができる。非導電性の円形ダクト内の流れも調べる。アルゴンヌ国立研究所でのALEX実験から得られた実験結果を用いて、数値予測を検証する。