中文摘要：

本项目以磁约束热核聚变反应堆为背景，应用实验方法研究强磁场作用下的液态金属自然对流问题。这是一个在电磁场、流场、温度场和压力场等多物理场作用下的强耦合流动与传热问题，具有特殊的复杂性。本项目将建立电磁场、温度场和重力方向相互垂直的液态金属自然对流实验系统，以绝缘材料SiC和低活化铁素体钢为壁面材料，发展液态金属的超声波Doppler三维测速方法，研究强磁场对液态金属自然对流速度场、温度场和压力场的影响规律，研究绝缘边界和导电边界对液态金属自然对流换热Nusselt的影响规律，揭示多物理场作用下液态金属自然对流复杂流动物理机制和传热机理，结合数值模拟结果为包层流道和FCI设计的可行性论证提供理论依据。本项目是核聚变工程和工程热物理学科的前沿性课题，具有重要的学术价值和应用需求。

结论摘要：

核聚变堆中液态锂铅包层是可以实现聚变能高效转换及产氚的关键部件，液态金属在强磁场下的自然对流换热规律是影响包层转换效率的关键因素之一。本项目是核聚变工程和工程热物理学科的前沿性课题，具有重要的学术价值和应用需求。本项目以磁约束热核聚变反应堆为背景，应用实验方法和数值模拟研究了强磁场作用下的液态金属自然对流问题。这是一个在电磁场、流场、温度场和压力场等多物理场作用下的强耦合流动与传热问题，具有特殊的复杂性。项目成功开展了液态金属自然对流换热研究，研究结果通过与法国两院院士Moreau教授的沟通讨论，深入研究了液态金属自然对流换热规律。研究获得以下进展建立了电磁场、温度场和重力方向相互垂直的液态金属对流换热实验系统，该直流电强磁场下的液态金属实验系统是世界上为数不多的液态金属实验系统之一；发展和掌握了液态金属的超声波Doppler自然对流的测速方法，是继德国HZDR磁流体实验室负责人Eckert教授后系统掌握超声波Doppler测速技术的国内课题组；研究了强磁场对液态金属自然对流速度场、温度场和压力场的影响规律，研究绝缘边界和导电边界对液态金属自然对流换热Nusselt的影响规律；与法国两院院士Moreau教授交流后，在其研究基础上首次深入揭示了多物理场作用下液态金属自然对流复杂流动物理机制和传热机理。本项目的开展为我国包层流道和FCI设计的可行性论证提供技术参考，通过与合肥物质科学院EAST课题组的研究讨论，将为下一步的深入研究提供基础。