Numerical Analysis and Experimental Investigation of Duct Flows of an MHD Propulsion System

사각형의 MHD 추진 덕트 내부유동에 관한 수치해석 및 실험적 연구

A numerical and experimental investigation on the flow characteristics in the rectangular duct of an MHD propulsion system has been carried out. In numerical analysis, three-dimensional, steady-state, viscous, incompressible electrically conducting fluid flow under the influence of uniformly applied magnetic and electric fields was treated using a finite-difference technique. It was found from the numerical study that when the Lorentz force is weak, the typical parabolic velocity profile under a laminar flow condition changes to an M shaped profile near the electrode region and that the pressure increases linearly from the inlet toward the outlet of the MHD duct under constant electro-magnetic field. In experiment, thrust of the MHD propulsion system can be controlled easily by varying electrode current. The measured pressure gradient along the MHD duct is proportional to the Lorentz force, which is in agreement with the numerical results.

사각형의 MHD 추진 덕트 내부유동을 수치해석과 실험적인 방법으로 연구하였다. 수치해석연구에서는 전기장과 자기장의 영향하에 있는 비압축성 3차원 통전유체에 대하여 유한 차분법으로 계산하였다. 수치계산의 결과 전자기력이 약할때 층류유동의 전형적인 포물선 유동 형태가 전극 부근에서 M자 형상으로 변하였고, 균일분포의 일정 전자기력하에서 MHD 덕트 내부 압력은 입구에서부터 하류로 나아감에 따라 선형적으로 증가하였다. 실험에서는 MHD 추진 덕트 내부 유동을 해석할 수 있는 실험장치를 제작 하였으며, MHD 추진은 전류를 변화 시킴으로써 추력을 쉽게 조정할 수 있음을 알았다. 또한 MHD 덕트내 유동방향의 압력구배는 전자기력에 비례하여 증가하며 수치계산 결과와 잘 일치하였다.