The quasi-two-dimensional flow of a liquid metal subjected to a strong transverse magnetic field around a 180-degree sharp bend is investigated by means of parametric numerical simulations where the Reynolds number Re, Hartmann number Ha and the gap ratio β (defined as the ratio of the gap thickness to the inlet width) vary in the respective ranges [100–50 000], [100–2000] and [0.04–1]. Both steady-state flow solutions and the evolution of unsteady flow regimes can be captured within this parameter space. The critical Reynolds number for transition from steady to unsteady flow increases as Ha increases for all β. It is shown, for 0.04 ⩽ β ⩽ 0.25, the critical Reynolds number remains almost linear relationship with the parameter Re/Ha0.9, whereas for β = 1, the key parameter is dominated by Re/Ha0.6. The present simulations aim to investigate the physical mechanism of this phenomenon and characterizing the position where the vortices are shed from the free shear layer. We discover that the vortices shedding is originated in the outlet region for 0.04 ⩽ β ⩽ 0.25 other than the turning part in bend region for β = 1. Additionally, the free shear layer separates the recirculation bubble from mainstream and its instability is proposed to interpret the transition, commonly known as Kelvin–Helmholtz instability. The effect of a strong transverse magnetic field on flow characteristics is considered such as the length of recirculation bubbles and the pressure drop between inlet and outlet. A further frequency analysis reveals that at the end of vortices shedding, the oblique waves resonance exists, or a new vortex street consisting of the vortices detached from the boundary layer and upstream fluctuations appears. Finally, according to the influence of β on the transition, we present a modified map of fluid regimes for prediction, which provides useful information for improved mixing and heat transport.
準二次元流れにおける液体金属の、強い横磁場下での180度急峻な曲がり周りの流れを、パラメトリック数値シミュレーションにより調査した。ここで、レイノルズ数Re、ハルトマン数Ha、およびギャップ比β（入口幅に対するギャップ厚さの比として定義）は、それぞれ[100–50,000]、[100–2,000]、[0.04–1]の範囲で変化する。このパラメータ空間内では、定常流れの解と非定常流れの領域の進化の両方を捉えることができる。全てのβにおいて、定常流れから非定常流れへの遷移に対する臨界レイノルズ数は、Haの増加とともに増加する。0.04 ≤ β ≤ 0.25の場合、臨界レイノルズ数はパラメータRe/Ha^0.9とほぼ線形関係にあることが示される。一方、β = 1の場合、主要なパラメータはRe/Ha^0.6によって支配される。本シミュレーションは、この現象の物理的メカニズムを解明し、渦が自由せん断層から放出される位置を特徴付けることを目的としている。0.04 ≤ β ≤ 0.25の場合、渦放出は曲がり部ではなく出口領域で発生することが明らかになった。一方、β = 1の場合、渦放出は出口領域ではなく曲がり部で発生する。さらに、自由せん断層は再循環領域を主流から分離し、その不安定性は、一般にケルビン・ヘルムホルツ不安定性として知られる遷移を説明するために提案されている。強い横磁場が流れ特性に及ぼす影響は、再循環領域の長さや入口と出口の間の圧力損失などの観点から考察される。さらに周波数解析により、渦放出の終端において、斜めの波の共鳴が存在するか、あるいは境界層から剥離した渦から構成される新しい渦列が上流の変動として現れることが明らかになる。最後に、遷移に対するβの影響に基づき、改良された混合と熱輸送の予測に有用な情報を提供する、修正された流れ領域マップを提示する。