Many astrophysical phenomena involve processes of magnetohydrodynamics (MHD) and relativistic magnetohydrodynamics (RMHD). A number of numerical schemes have been developed to solve the equations of ideal MHD and RMHD. Recent codes are based on upwind schemes which solve hyperbolic systems of equations following the characteristics of the systems. Upwind schemes stand out by their robustness, clarity of the underlying physical model, and ability of achieving high resolution. We present MHD and RMHD codes based on the total variation diminishing (TVD) and weighted essentially non-oscillatory (WENO) schemes, which are second and higher order accurate extensions of upwind schemes. We demonstrate the ability and limitation of codes based on upwind schemes through a series of tests.
This paper describes the numerical solution to the hyperbolic system of magnetohydrodynamic (MHD) equations. First, by pointing out the approximations involved, the deal MHD equations are presented. Next, the MHD waves as well as the associated shocks and discontinuities, are presented. Then, based on the hyperbolicity of the ideal MHD equations, the application of upwind schemes, which have been developed for hydrodynamics, is discussed to solve the equations numerically. As an definite example, one and multi-dimensional codes based on the Total Variation Diminishing scheme are presented. The treatment in the multi-dimensional code, which maintains ${\nabla}{\cdot}$B = 0, is described. Through tests, the robustness of the upwind schemes for MHDs is demonstrated.
Journal of the Korean Society for Precision Engineering
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v.15
no.11
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pp.93-99
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1998
We present a novel micropump of which pumping mechanism is based upon MHD (Magnetohydrodynamic) principle. The MHD micropump uses Lorentz force as pumping source. In the MHD micropump, Lorentz force is applied into initially stagnant conducting fluid to drive it in magnetic and electric field to flow in both directions. The performance of the MHD micropump is obtained by measuring the pressure head difference and flow rate as applied voltage changes from 10 to 60 V DC at 0.19 and 0.44 Tesla. The pressure head difference is 18 mm at 38 mA and the flow rate is 63 ${\mu}{\ell}$ /min at 1.8 mA when the inside diameter of inlet/outlet tube is 2 mm and the magnetic flux density is 0.44 Tesla.
We describe the implementation of a multi-dimensional numerical code to solve the equations for idea! magnetohydrodynamics (MHD) in cylindrical geometry. It is based on an explicit finite difference scheme on an Eulerian grid, called the Total Variation Diminishing (TVD) scheme, which is a second-order-accurate extension of the Roe-type upwind scheme. Multiple spatial dimensions are treated through a Strang-type operator splitting. Curvature and source terms are included in a way to insure the formal accuracy of the code to be second order. The constraint of a divergence-free magnetic field is enforced exactly by adding a correction, which involves solving a Poisson equation. The Fourier Analysis and Cyclic Reduction (FACR) method is employed to solve it. Results from a set of tests show that the code handles flows in cylindrical geometry successfully and resolves strong shocks within two to four computational cells. The advantages and limitations of the code are discussed.
Proceedings of the Korean Society of Propulsion Engineers Conference
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2008.11a
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pp.310-313
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2008
Magnetohydrodynamics (MHD) devices have received considerable attention in recent years as a means to either improve the propulsive characteristics of hypersonic cruise missiles or as a means to generate power at low cost in drag and weight aboard scramjet powered vehicles. Based on more complete physical models than previously used, it is here argued that the use of MHD is not valuable in improving the performance of hypersonic propulsion systems through prevention of boundary layer separation or power bypass. This is due to the inevitable high amount of Joule heating accompanying MHD flow control having considerable undesired adverse effects on the engine performance. On the other hand, preliminary estimates indicate that MHD is likely to succeed in generating high amounts of power with little additional drag to feed megawatt-class energy weapons on-board scramjet engines.
Proceedings of the Korean Institute of Navigation and Port Research Conference
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v.29
no.1
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pp.299-303
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2005
A new method of oil separation from oil-contaminated seawater based on electromagnetic forces, so-called MHD method was designed and formulated. MHD method has advantages of easy treatment of separated oil as well as little effect upon the environment, comparing with a conventional separation method using magnetic powders. Assuming high polymer particles instead of oil, the separation ratio (the mass of simulation particles / the total mass of simulation particles) for the sample fluid was calculated as fuction of electric current, magnetic field and seawater velocity.
The advent of robust, reliable and accurate higher order Godunov schemes for many of the systems of equations of interest in computational astrophysics has made it important to understand how to solve them in multi-scale fashion. This is so because the physics associated with astrophysical phenomena evolves in multi-scale fashion and we wish to arrive at a multi-scale simulational capability to represent the physics. Because astrophysical systems have magnetic fields, multi-scale magnetohydrodynamics (MHD) is of especial interest. In this paper we first discuss general issues in adaptive mesh refinement (AMR), We then focus on the important issues in carrying out divergence-free AMR-MHD and catalogue the progress we have made in that area. We show that AMR methods lend themselves to easy parallelization. We then discuss applications of the RIEMANN framework for AMR-MHD to problems in computational astophysics.
Transactions of the Korean Society of Mechanical Engineers B
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v.34
no.1
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pp.53-59
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2010
In this paper, we propose a novel chaotic micromixer of which mixing mechanism is based upon magnetohydrodynamic (MHD) multi-vortical flow generation in a simple straight microchannel. In the microchannel of the micromixer has electrodes patterned on two side walls and bottom wall. Lorentz forces are variously induced by changing applied voltages at the patterned electrodes in order to pump and mix conductive fluids in the microchannel. Three-dimensional computational fluid dynamics simulations were conduced to characterize mixing behaviors inside the MHD micromixer. The mixing efficiencies were also evaluated for the various flow conditions.
The geometrical and electromagnetic variables of a rectangular-type magnetohydrodynamic (MHD) circulation system are optimized to solve MHD equations for the active decay heat removal system of a prototype Gen-IV sodium fast reactor. Decay heat must be actively removed from the reactor coolant to prevent the reactor system from exceeding its temperature limit. A rectangular-type MHD circulation system is adopted to remove this heat via an active system that produces developed pressure through the Lorentz force of the circulating sodium. Thus, the rectangular-type MHD circulation system for a circulating loop is modeled with the following specifications: a developed pressure of 2 kPa and flow rate of $0.02m^3/s$ at a temperature of 499 K. The MHD equations, which consist of momentum and Maxwell's equations, are solved to find the minimum input current satisfying the nominal developed pressure and flow rate according to the change of variables including the magnetic flux density and geometrical variables. The optimization shows that the rectangular-type MHD circulation system requires a current of 3976 A and a magnetic flux density of 0.037 T under the conditions of the active decay heat removal system.
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[게시일 2004년 10월 1일]
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