Генерация закрученного потока жидкого металла в цилиндрическом канале под действием постоянных магнитных полей
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2026.19.3.24Ключевые слова:
магнитная гидродинамика, закрученное течение, жидкий металл, магнитное препятствие, электромагнитная силаАннотация
Численно исследовано транзитное течение жидкого металла в цилиндрическом канале, в котором на металл действует постоянное магнитное поле сложной конфигурации, обеспечивающее закрутку потока. Актуальность исследования с теоретической точки зрения обусловлена тем, что закрученные потоки электропроводящего вещества недр космических тел (звезд, планет) формируют космические магнитные поля и взаимодействуют с ними. Практический интерес заключается в возможности бесконтактного порождения интенсивных перемешивающих течений с помощью постоянных магнитных полей, которые не создают электромагнитных помех для оборудования. Эти течения способны гомогенизировать состав и температуру жидкометаллического теплоносителя в цилиндрическом трубопроводе либо интенсифицировать его теплообмен. Магнитное поле генерируется парой катушек Гельмгольца, ориентированных ортогонально к оси канала, и системой электродов специальной конфигурации, создающих магнитное поле вдоль оси канала. Взаимодействие транзитного течения с магнитным полем от катушек Гельмгольца вызывает электрический ток, направленный преимущественно ортогонально оси канала. Ток совместно с магнитным полем от системы электродов создают электромагнитную силу, азимутальная компонента которой и приводит к закрутке. Исследование выполнено с помощью авторской математической модели магнитогидродинамических процессов в безындукционном приближении. Показано, что постоянное магнитное поле может поддерживать устойчивую закрутку потока. Получены зависимости интенсивности закрутки от параметров процесса, а также построены диаграммы возникающих режимов течения. Выполнено сопоставление результатов при контактном и бесконтактном способах генерации магнитного поля с помощью системы электродов.
Скачивания
Библиографические ссылки
Соколов Д.Д., Степанов Р.А., Фрик П.Г. Динамо: на пути от астрофизических моделей к лабораторному эксперименту // Успехи физических наук. 2014. Т. 184, № 3. C. 313–335. DOI: 10.3367/UFNr.0184.201403g.0313
Повх И.Л., Капуста А.Б., Чекин Б.В. Магнитная гидродинамика в металлургии. М.: Металлургия, 1974. 240 с.
Архипов В.М. Техника работы с натрием на АЭС. М.: Энергоатомиздат, 1986. 136 с.
Брановер Г.Г., Цинобер А.Б. Магнитная гидродинамика несжимаемых сред. М.: Наука, 1970. 379 с.
Верте Л.А. Электромагнитный транспорт жидкого металла. М.: Металлургия, 1965. 236 с.
Noeppel A., Budenkova O., Fautrelle Y. Numerical investigation of the influence of forced convection induced by a travelling magnetic field during solidification of metallic alloys // Magnetohydrodynamics. 2009. Vol. 45, no. 4. P. 497–503. DOI: 10.22364/mhd.45.4.2
Колесниченко И.В., Халилов Р.И. Экстремум зависимости напора электромагнитного насоса для жидкого металла от частоты питающего тока // Вычислительная механика сплошных сред. 2022. Т. 15, № 4. C. 495–506. DOI: 10.7242/1999-6691/2022.15.4.38
Гельфгат Ю.М., Приеде Я. МГД-течения во вращающемся магнитном поле (Обзор) // Магнитная гидродинамика. 1995. Т. 31, № 2. C. 214–230.
Kolesnichenko I., Okatev R. Equalisation the toroidal and poloidal kinetic energies of liquid metal stirring flow // The European Physical Journal Plus. 2024. Vol. 139, no. 9. 846. DOI: 10.1140/epjp/s13360-024-05629-7
Бояревич В.В., Фрейберг Я.Ж., Шилова Е.И., Щербинин Э.В. Электровихревые течения / под ред. Э.В. Щербинин. Рига: Зинатне, 1985. 315 с.
Denisov S., Dolgikh V., Khripchenko S., Kolesnichenko I. The electrovortex centrifugal pump // Magnetohydrodynamics. 2016. Vol. 52, no. 1/2. P. 25–34. DOI: 10.22364/mhd.52.1-2.4
Kazak O. Numerical modelling of electrovortex and heat flows in dc electric arc furnace with cooling bottom electrode // Heat and Mass Transfer. 2014. Vol. 50, no. 5. P. 685–692. DOI: 10.1007/s00231-013-1265-1
Kelley D.H., Weier T. Fluid Mechanics of Liquid Metal Batteries // Applied Mechanics Reviews. 2018. Vol. 70, no. 2. 020801. DOI: 10.1115/1.4038699
Frick P., Mandrykin S., Eltishchev V., Kolesnichenko I. Electro-vortex flows in a cylindrical cell under axial magnetic field // Journal of Fluid Mechanics. 2022. Vol. 949. A20. DOI: 10.1017/jfm.2022.746
Митрополит И.Ю., Гольбрайх Е., Колесниченко И.В. Закрученное МГД-течение в замкнутом канале круглого сечения // Журнал технической физики. 2026. Т. 96, № 2. C. 199–211. DOI: 10.61011/JTF.2026.02.62279.142-25
Kolesnichenko I., Ozernykh V. Interaction between counter-rotating azimuthal and axial liquid metal flows in cylindrical channel // Physical Review Fluids. 2025. Vol. 10, no. 11. 113701. DOI: 10.1103/7bs3-xt8t
Losev G., Mamykin A., Kolesnichenko I. Rich vortex dynamic of liquid metal in T-shaped cylindrical cell under counter-rotating magnetic field action // Journal of Fluid Mechanics. 2025. Vol. 1023. A42. DOI: 10.1017/jfm.2025.10857
Озерных В.С., Лосев Г.Л., Гольбрайх Е., Колесниченко И.В. Начальная стадия формирования вихревого течения в индукторе с вращающимися встречно магнитными полями // Вычислительная механика сплошных сред. 2023. Т. 16, № 4. C. 493–503. DOI: 10.7242/1999-6691/2023.16.4.41
Karcher C., Hernández D. Dynamics of falling liquid metal droplets and jets affected by a strong magnetic field // Magnetohydrodynamics. 2017. Vol. 53, no. 4. P. 739–746. DOI: 10.22364/mhd.53.4.16
Molokov S., Reed C.B. Flow of a Two-Dimensional Liquid Metal Jet in a Strong Magnetic Field: tech. rep. / Argonne National Laboratory. 2002. ANL/TD/TM02–29. DOI: 10.2172/821667
Листратов Я.И., Разуванов Н.Г., Беляев И.А., Свиридов Е.В. Динамика затопленного струйного течения в трубе в продольном магнитном поле // Вычислительная механика сплошных сред. 2022. Т. 15, № 4. C. 480–494. DOI: 10.7242/1999-6691/2022.15.4.37
Belyaev I.A., Pyatnitskaya N.Y., Luchinkin N.A., Krasnov D., Kolesnikov Y.B., Listratov Y.I., Mironov I.S., Zikanov O., Sviridov E.V. Flat liquid metal jet affected by a transverse magnetic field // Magnetohydrodynamics. 2021. Vol. 57, no. 2. P. 211–222. DOI: 10.22364/mhd.57.2.6
Мулляджанов Р.И., Яворский Н.И. Затопленная струя проводящей жидкости в присутствии магнитного поля // Вестник Новосибирского государственного университета. Серия: Физика. 2012. Т. 7, № 2. C. 25–38. DOI: 10.54362/1818-7919-2012-7-2-25-38
Belyaev I.A., Mironov I.S., Luchinkin N.A., Listratov Y.I., Kolesnikov Y.B., Kransov D., Zikanov O., Molokov S. Experimental study of submerged liquid metal jet in a rectangular duct in a transverse magnetic field // Journal of Fluid Mechanics. 2022. Vol. 953. A10. DOI: 10.1017/jfm.2022.879
Votyakov E.V., Kassinos S.C. On the analogy between streamlined magnetic and solid obstacles // Physics of Fluids. 2009. Vol. 21, no. 9. 097102. DOI: 10.1063/1.3231833
Kolesnichenko I., Mamykin A., Golbraikh E., Pavlinov A. Application of the temperature correlation method to measuring the flow rate of liquid sodium // Magnetohydrodynamics. 2021. Vol. 57, no. 4. P. 547–558. DOI: 10.22364/mhd.57.4.9
Kolesnichenko I., Frick P. Conducting fluid flow in a helical magnetic field // Magnetohydrodynamics. 2009. Vol. 45, no. 2. P. 165–172. DOI: 10.22364/mhd.45.2.5
Kolesnichenko I., Frick P., Khalilov R., Mandrykin S. Interaction between the flow of liquid sodium and a helical magnetic field // Proceedings of 10-th International PAMIR conference on Fundamental and Applied MHD, Cagliari, Italy, June 20-24. 2016. P. 707–711.
Mandrykin S., Kolesnichenko I., Frick P. Electrovortex flows generated by electrodes localized on the cylinder side wall // Magnetohydrodynamics. 2019. Vol. 55, no. 1/2. P. 115–124. DOI: 10.22364/mhd.55.1-2.14
Kolesnichenko I., Frick P., Eltishchev V., Mandrykin S., Stefani F. Evolution of a strong electrovortex flow in a cylindrical cell // Physical Review Fluids. 2020. Vol. 5, no. 12. 123703. DOI: 10.1103/PhysRevFluids.5.123703
Bondarenko A., Kolesnichenko I. Occurrence and coexistence of secondary vortices in a rotating magnetic field driven axially symmetric flow of liquid metal in a double-section cylindrical cell // European Journal of Mechanics - B/Fluids. 2026. Vol. 119. 204536. DOI: 10.1016/j.euromechflu.2026.204536
Загрузки
Опубликован
Выпуск
Раздел
Лицензия
Copyright (c) 2026 Вычислительная механика сплошных сред
Это произведение доступно по лицензии Creative Commons «Attribution» («Атрибуция») 4.0 Всемирная.
