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.
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.
스크램젯 비행체에서 극초음속 순항미사일의 추진 특성을 향상시키고 항력을 적게 발생하면서 전력을 생산하는 장치로써 MHD 장치가 최근 들어 큰 관심을 받아왔다. 이전에 보였던 것보다 보다 완전한 물리적 모델을 바탕으로 하면, 경계층 박리 억제나 파워 바이패스를 통해 극초음속 추진 시스템의 성능 향상을 하는 MHD의 쓰임새를 논의하는 것은 불필요한 일이 된다. MHD 유동 제어를 하게 되면 엔진 성능에 상당한 역효과를 미치는 불가피한 Joule 가열이 크게 발생한다. 하지만, 예비 조사에 따르면 MHD는 약간의 항력만을 더 발생하면서 스크램젯 엔진을 장착한 무기에 메가와트 단위의 큰 전력을 생산해 낼 수 있을 것으로 여겨진다.
본 연구는 MHD(Magnetohydrodynamics)방식의 전자기력을 이용하여 선박사고 등으로 인하여 해상에 유출된 기름을 분리하는 새로운 방법에 대한 설계 및 정식화를 이끌어 내었다. MHD분리방식은 최근에 연구되고 있는 자기파우더를 이용한 분리방식보다도 더욱 친환경적이고 분리가 용이하다는 강점을 가지고 있다. 여기서는 기름을 대신하여 고분자 입자를 넣은 해수를 가정하여 유체내의 전류, 자기장, 유속에 대한 분리율(분리측 입장의 질량/전 입자의 질량)을 수치시뮬레이션을 이용하여 그 특성을 검토하였다.
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.
본 논문에서는, 자기유체역학(MHD)을 기반으로 마이크로 채널 내부에 다중 와류 유동을 발생시키는 새로운 형태의 카오스 마이크로 믹서를 제안한다. 제안된 마이크로 믹서의 마이크로 채널 내부에는 양측면과 바닥면에 전극들이 배치되어 있다. 배치된 전극들에 인가되는 전압 조건에 따라 다양한 형태로 로렌츠 힘이 유도되며, 이렇게 유도된 로렌츠 힘은 마이크로 채널 내부 유체의 추진 및 혼합을 야기할 수 있다. 제안된 MHD 마이크로 믹서의 혼합 양상을 평가하기 위해 3 차원 전산유체역학 시뮬레이션을 수행하였다. 이를 통해 다양한 유동 조건에 대해 MHD 마이크로 믹서의 혼합 성능을 평가하였다.
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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