竖直磁场下液态金属液滴撞击固壁实验研究

摘要

液态金属作为较为高效的热量运输介质在磁约束核聚变装置的设计中十分重要,如何预测强磁场下液态金属撞击凝固规律是其中的一个重要课题。通过高速相机拍摄竖直磁场作用下的镓铟锡液滴撞击金属固壁凝固的现象,本文总结不同底板过冷温度、不同撞击速度以及不同磁感应强度范围的金属液滴撞击铺展、回弹、凝固的特性。底板温度分别为20、-30、-40、-50℃,撞击金属底板速度为0.45～1.71 m/s,磁场强度范围为0～1.2 T。实验现象表明,液滴撞击等温壁面和过冷壁面时,最大铺展因子的无量纲标度率均遵循经典理论预测关系式。磁场对液滴回弹高度存在先促进后抑制的非单调影响,进一步推导了磁场作用下的最大铺展因子与N的经验关系式。磁场抑制液滴撞击过冷壁面的液滴分离,并通过减弱高度方向的震荡促进凝固。

关键词

强磁场 / 液态金属 / 液滴撞击 / 凝固