Влияние конфигурации бегущих магнитных полей на эффективность перемешивания жидкого металла в прямоугольной ячейке

Аннотация

Численно исследованы перемешивающие течения жидкого металла в плоской прямоугольной изложнице, возбуждаемые двумя линейными индукторами магнитного поля при различном расположении и различной магнитосвязанности индукторов. Магнитная связь индукторов обеспечивается за счет соединения пассивными ферромагнитными элементами, которые интенсифицируют электромагнитное взаимодействие между катушками соседних индукторов и, таким образом, вносят существенные неоднородности в поле электромагнитных сил. Перемешивающие свойства возбуждаемых электромагнитными силами течений оцениваются при помощи введения интегрального параметра однородности пассивной примеси, эволюция поля концентрации которой напрямую зависит от эволюции в течении вихревых структур различного масштаба. Показано, что наиболее эффективное перемешивание металла в изложнице реализуется при относительно близком расположении индукторов, но отсутствии прямых магнитных связей между ними. Это обусловлено согласованностью геометрии изложницы и топологии поля электромагнитных сил, которое создает крупный, вытянутый по длине изложницы вихрь и, тем самым, обеспечивает перенос примеси по всему объему. Сам вихрь при этом нестабилен и с определенной периодичностью распадается, хаотизируя течение. В результате образуется множество мелких вихревых структур, которые также улучшают перемешивание. При наличии жестких магнитных связей между индукторами создаваемые течения обладают выраженной нестационарностью и асимметрией. В данном случае вдоль главного направления изложницы возникают несколько вихрей, в одном из которых примесь может удерживаться. Возникает эффект запирания, в результате чего перенос примеси по изложнице затрудняется. Валидация численной модели выполнена на данных лабораторного эксперимента.