Пульсации течения жидкого металла, генерируемые переменным магнитным полем

Аннотация

Численно изучается вихревое течение жидкого металла под действием электромагнитной силы. Сила возникает вследствие взаимодействия переменного магнитного поля короткого соленоида и индуцируемого им электрического тока. Короткий соленоид коаксиален с цилиндрической ячейкой и расположен на половине ее высоты. Математическая модель процесса основывается на уравнениях магнитной гидродинамики в безындукционном приближении. Расчеты, проведенные в программном пакете ANSYS Fluent методом контрольного объема, показали, что осредненное течение имеет форму двух тороидальных вихрей. Вычисленные поля скорости отражают колебательное поведение вихрей, сопровождающееся изменением их размеров. В исследуемом диапазоне безразмерного силового параметра выявлены преимущественно одномодовые колебательные режимы течения. С помощью спектрального анализа получены зависимости характерной частоты колебаний и числа Рейнольдса от силового параметра. Выяснено, что период колебаний близок к периоду оборота крупномасштабного вихря. Установлено, что колебания вихрей имеют квазипериодический характер, а четко выраженная частота проявляется лишь в течении вблизи соленоида. Эффект пульсаций скорости достаточно сильный и вполне может быть обнаружен в лабораторных условиях на галлиевой эвтектике. Проведение такого эксперимента планируется на ближайшее время. Скорость течения галлиевой эвтектики будет измеряться ультразвуковым доплеровским анемометром. Результаты численного моделирования и их верификации могут быть полезными при поиске способов уменьшения интенсивности вихревых течений при реализации процесса электромагнитной сепарации примесей, основанной на индукционном механизме генерации электромагнитной силы, которая вытесняет частицы. Данные о частоте пульсаций нестационарного течения могут пригодиться при разработке бесконтактной методики оценки средней электропроводности двухфазной среды, представляющей собой жидкий металл с нежелательными примесями.