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热磁流体力学(Thermal-magnetohydrodynamics,简称T-MHD)是研究导电流体在磁场、温度场等多场耦合作用下运动规律的科学,其广泛存在于工业技术应用的各个领域(如电磁铸造、高品质晶体的制备、核聚变反应堆的冷却等)。上述领域中涉及的热磁流体力学问题往往发生在高温环境下,辐射换热是主要的传热方式,它对导电流体的流动、传热、传质甚至流动不稳定性等都会产生显著影响。此时,研究若忽略热辐射效应将会导致计算结果与实际情况产生很大偏差,因而热辐射磁流体力学(Radiative-magnetohydrodynamics,简称R-MHD)逐渐成为热磁流体力学研究的一个重要方向。同心圆筒内热磁流体、热辐射磁流体的流动和传热模型除经常出现于上述工业应用领域外,其物理问题本身也蕴含着丰富的自然现象。圆筒的几何参数、流体的物性参数、Hartmann数等对圆筒内部导电流体的流动形态、温度分布和传热速率都会产生重要影响,这些往往关系到产品的品质、能源的消耗和反应的稳定进行,因而值得思考和研究。由于现有实验条件的限制,包括具有空腔的稳恒强磁场的制造、高温导电流体流场和温度场的测量及可视化等,热辐射磁流体力学的实验研究目前还未见报道,数值模拟研究是当前热磁流体力学和热辐射磁流体力学领域最主流的研究手段。针对当前热磁流体力学和热辐射磁流体力学的研究现状和存在的局限,为适应更多工程应用领域中涉及的热磁流体力学和热辐射磁流体力学问题,本文对同心圆筒内热磁流体和热辐射磁流体的流动、传热行为展开数值模拟研究。具体工作内容包括以下四个方面:(1)建立了热磁流体和热辐射磁流体流动与传热的数学模型,给出了热磁流体力学和热辐射磁流体力学控制方程的通用形式。(2)围绕研究对象详细介绍了有限容积-人工压缩算法和Chebyshev配置点谱-投影算法求解质量、动量、能量和电势耦合方程的具体求解过程以及边界条件的引入方法,并进一步给出了离散坐标法求解辐射传递方程的具体思路。(3)采用Fortran语言自行编写源程序,数值分析了水平同心圆筒内导电磁流体的热对流问题,探讨了磁场强度和Prandtl数对导电流体三维复杂流动和传热行为的影响。研究发现,在弱磁场作用下,Pr=0.8的导电流体的流场、温度场和圆筒壁面Nusselt数在轴向上均关于圆筒半高处平面对称分布,圆筒顶部竖直平面内形成对称的双涡二次流结构。随着Prandtl数的减小,圆筒顶部区域流体的横向漩涡运动变得更加剧烈,原先的轴向对称结构被打破,顶部竖直平面内的对称双涡结构最终变成单涡结构。随着磁场强度的增加,导电流体的横向流动被明显抑制,圆筒顶部竖直平面内的涡结构逐渐消失,流场和温度场等均关于半高处平面对称分布;流体流动以及壁面与流体间的传热被明显抑制;Prandtl数对导电流体流动和传热等的影响逐渐减弱。(4)进一步考虑热辐射效应,采用有限容积人工压缩算法-离散坐标法和配置点谱投影算法-离散坐标法分别研究了充分长水平同心圆筒和竖直同心圆筒内辐射磁流体的热对流问题,分析了磁场强度、对流-辐射相互作用系数、参与性导电流体光学特性和壁面辐射特性对圆筒内导电流体流动与传热行为的影响。研究发现,随着磁场强度的增加,参与性导电流体的流场结构和温度分布均发生明显改变,外加磁场主要通过抑制流体流动来削弱热壁面与流体间的对流换热,而对其间辐射换热的影响非常微弱。随着对流-辐射相互作用系数的增大,流体的热对流现象减弱,辐射换热逐渐占据主导地位。导电流体光学厚度的增加强化了流体流动,提高了圆筒内流体的平均温度,却抑制了热壁面与流体间的传热。散射反照率对导电流体流动和传热的影响相对有限。壁面黑度则主要影响热壁面附近流体的流动与温度分布。本论文的主要创新点如下:(1)对水平同心圆筒内磁流体热对流研究表明:外加轴向磁场先抑制流体的横向漩涡运动,再抑制其周向新月形运动;在强磁场作用下,Prandtl数对导电流体流动和传热的影响变得非常微弱;(2)对同心圆筒内辐射磁流体热对流研究表明:外加磁场能够明显改变流场涡结构,并且能够有效抑制流体流动以及流体与壁面间的对流换热,但其对辐射换热的影响较小;壁面与流体的辐射特性对流动与传热呈现差别化影响;(3)直接求解辐射传递方程替代常用的Rosseland近似和其它辐射简化模型,实现了热辐射传输和热对流的完全耦合;