Начальная стадия формирования вихревого течения в индукторе с вращающимися встречно магнитными полями
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2023.16.4.41Ключевые слова:
магнитная гидродинамика, жидкий металл, разгон вихревого течения, торсионный индуктор, расходомерАннотация
Рассмотрены неустановившиеся течения электропроводящей жидкости в цилиндрической полости под действием разнонаправленных вращающихся магнитных полей. Актуальность исследования обусловлена наличием такого течения в разрабатываемом для жидкометаллического теплоносителя расходомере. Предметом изучения является процесс формирования стадии разгона течения (spin-up) в комбинированном индукторе вращающегося магнитного поля. Стадия разгона характеризуется значительным изменением угловой скорости жидкости и начинается с образования за счет центробежных сил областей пониженного давления. Чередование и перемещение областей пониженного и повышенного давления вызывают пульсации скорости. При малых значениях управляющего параметра, в качестве которого выступает число Тейлора, энергия течения плавно увеличивается. В этом случае установившееся течение представляет собой два азимутальных и несколько полоидальных вихрей четко выраженной структуры. При превышении числом Тейлора критического значения в течении возникают сильные пульсации, приводящие к распаду крупномасштабных вихрей. Интенсивность течения характеризуется числом Рейнольдса. Получена степенная зависимость с показателем степени 1.57 между числами Рейнольдса и Тейлора. Выявлено, что время формирования установившегося течения варьируется в пределах от нескольких секунд до десятков секунд в зависимости от значения числа Тейлора. Получена оценка значений управляющих параметров для типового режима работы расходомера. Показано, что для корректного измерения скорости в расходомере необходимо достижение чисел Тейлора более 108. Исследование проведено с помощью математического моделирования и верифицировано на эксперименте. Средние расчетные профили располагаются внутри доверительных интервалов экспериментальных профилей.
Скачивания
Библиографические ссылки
Архипов В.М. Техника работы с натрием на АЭС. М.: Энергоатомиздат, 1986. 136 с.
Кирко И.М., Кирко Г.Е. Магнитная гидродинамика проводящих сред. Пермь: Перм. гос. ун-т, 2007. 312 с.
Fisher A.E., Kolemen E., Hvasta M.G. Experimental demonstration of hydraulic jump control in liquid metal channel flow using Lorentz force // Phys. Fluids. 2018. Vol. 30. 067104. https://doi.org/10.1063/1.5026993
Thess A., Votyakov E.V., Kolesnikov Y. Lorentz force velocimetry // Phys. Rev. Lett. 2006. Vol. 96. 164501. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.96.164501
Schulenberg T., Stieglitz R. Flow measurement techniques in heavy liquid metals // Nucl. Eng. Des. 2010. Vol. 240. P. 2077 2087. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2009.11.017
Eckert S., Cramer A., Gerbeth G. Velocity measurement techniques for liquid metal flows // Magnetohydrodynamics / Ed. S. Molokov, R. Moreau, K. Moffatt. Springer Dordrecht, 2007. P. 275-294. https://doi.org/10.1007/978-1-4020-4833-3_17
Shercliff J.A. Theory of electromagnetic flow-measurement. Cambridge University Press, 1962. 146 p.
Belyaev I.A., Razuvanov N.G., Sviridov V.G., Zagorsky V.S. Temperature correlation velocimetry technique in liquid metals // Flow Meas. Instrum. 2017. Vol. 55. P. 37-43. https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2017.05.004
Mosorov V., Rybak G., Sankowski D. Plug regime flow velocity measurement problem based on correlability notion and twin plane electrical capacitance tomography: Use case // Sensors. 2021. Vol. 21. 2189. https://doi.org/10.3390/s21062189
Wang C., Zhang S., Li Y., Jia L., Ye J. Cross-correlation sensitivity-based electrostatic direct velocity tomography // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 2020. Vol. 69. P. 8930-8938. https://doi.org/10.1109/TIM.2020.3001412
Bolton G.T., Hooper C.W., Mann R., Stitt E.H. Flow distribution and velocity measurement in a radial flow fixed bed reactor using electrical resistance tomography // Chem. Eng. Sci. 2004. Vol. 59. P. 1989-1997. https://doi.org/10.1016/j.ces.2004.01.049
Колесниченко И.В., Халилов Р.И., Мамыкин А.Д. Корреляционный способ определения расхода жидкого металла и безэлектродный электромагнитный расходомер жидкого металла «ПИР» (Пермский индукционный расходомер) для его осуществления. Патент РФ № 2791036 от 24.06.2022.
Kolesnichenko I., Pavlinov A., Golbraikh E., Frick P., Kapusta A., Mikhailovich B. The study of turbulence in MHD flow generated by rotating and traveling magnetic fields // Exp. Fluids. 2015. Vol. 56. 88. https://doi.org/10.1007/s00348-015-1957-z
Denisov S., Dolgikh V., Khripchenko S., Kolesnichenko I., Nikulin L. The effect of traveling and rotating magnetic fields on the structure of aluminum alloy during its crystallization in a cylindrical crucible // Magnetohydrodynamics. 2014. Vol. 50. P. 407-422.
Гельфгат Ю., Приеде Я. МГД-течения во вращающемся магнитном поле (Обзор) // Магнитная гидродинамика. 1995. Т. 31, № 2. C. 214-230.
Колесниченко И., Мамыкин А., Халилов Р. Электромагнитный перемешиватель жидкого металла: верификация электромагнитной части задачи // Вестник Пермского университета. Физика. 2022. № 4. С. 45-51. https://doi.org/10.17072/1994-3598-2022-4-45-51
Greenspan H.P. The theory of rotating fluids. Cambridge University Press, 1968. 327 p.
Räbiger D., Eckert S., Gerbeth G. Measurements of an unsteady liquid metal flow during spin-up driven by a rotating magnetic field // Exp. Fluids. 2010. Vol. 48. P. 233-244. https://doi.org/10.1007/s00348-009-0735-1
Mikhailovich B., Shapiro A., Sukoriansky S., Zilberman I. Experiments with turbulent rotating MHD flows in an annular gap // Magnetohydrodynamics. 2012. Vol. 48. P. 43-50.
Озерных В.С., Колесниченко И.В., Фрик П.Г. Течение в жидком металле под действием электромагнитных сил вблизи сферической частицы с отличающейся электропроводностью // Вычисл. мех. сплош. сред. 2022. Т. 15, № 3. С. 354 362. https://doi.org/10.7242/1999-6691/2022.15.3.27
Frick P., Mandrykin S., Eltischev V., Kolesnichenko I. Electro-vortex flows in a cylindrical cell under axial magnetic field // J. Fluid Mech. 2022. Vol. 949. A20. https://doi.org/10.1017/jfm.2022.746
Kolesnichenko I., Frick P., Eltishchev V., Mandrykin S., Stefani F. Evolution of a strong electrovortex flow in a closed cell // Phys. Rev. Fluids. 2020. Vol. 5. 123703. https://doi.org/10.1103/PhysRevFluids.5.123703
Wilcox D.C. Turbulence modeling for CFD. DCW Industries, Inc., 1998. 540 p.
Losev G., Kolesnichenko I. The influence of the waveguide on the quality of measurements with ultrasonic Doppler velocimetry // Flow Meas. Instrum. 2020. Vol. 75. 101786. https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2020.101786
Колесниченко И., Халилов Р. Экстремум зависимости напора электромагнитного насоса для жидкого металла от частоты питающего тока // Вычисл. мех. сплош. сред. 2022. Т. 15, № 4. С. 495-506. https://doi.org/10.7242/1999-6691/2022.15.4.38
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 1970 Вычислительная механика сплошных сред
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution-NonCommercial» («Атрибуция — Некоммерческое использование») 4.0 Всемирная.
