Моделирование гидродинамики жидкого металла в ячейке МГД-сепаратора
DOI:
https://doi.org/10.7242/1999-6691/2024.17.2.22Ключевые слова:
магнитная гидродинамика, жидкий металл, электромагнитная сепарация, математическое моделированиеАннотация
Обеспечение чистоты металлов и сплавов является краеугольной проблемой как в металлургической, так и в атомной промышленности. Отличие в электропроводности расплавленного металла и частиц примеси позволяет сепарировать их бесконтактным образом с помощью воздействия электромагнитной силы. Помимо осуществления разделения фаз такая сила неизбежно приводит в движение жидкий металл, вследствие чего меняется распределение скорости в сепарационных ячейках. Этот эффект наиболее выражен в каналах прямоугольной геометрии и поэтому подлежит тщательному изучению. В данной работе численно изучается гидродинамика в ячейке МГД-сепаратора при наличии перегородок различной конфигурации и при наличии/отсутствии внешней утяжеляющей электромагнитной силы. Цель исследования - определение геометрии ячейки, соответствующей наиболее эффективному разделению и накоплению в ней частичек примеси в процессе цикличного прокачивания через ячейку жидкого металла. Получено, что при интенсивном силовом воздействии в канале ячейки возникают паразитные вихри, которые снижают эффективность сепарации. Выявлено, что начальная скорость потока практически не отражается на топологии течения в канале, а высота и конфигурация перегородок внутри канала в совокупности с величиной внешней утяжеляющей силы оказывают существенное влияние на течение жидкого металла. Показано, что в зонах между перегородками не образуются паразитные вихри, которые потенциально могли бы способствовать вымыванию примеси из этого пространства. Выбрана оптимальная конфигурация ячейки МГД-сепаратора, отвечающая режиму с наиболее эффективной сепарацией по четырем параметрам: высоте перегородок, величине внешней утяжеляющей электромагнитной силы, скорости потока и топологии промежуточных перегородок.
Скачивания
Библиографические ссылки
Козлов Ф.А., Иваненко В.Н. Натрий-теплоноситель АЭС с быстрыми реакторами // Атомнаяэнергия. 1996. Т. 80, № 5. C. 337–345.
Загорулько Ю.И., Ганичев Н.С., Коновалов М.А. Поведение химически-реагирующих органических примесей в циркулирующем натриевом контуре // Вопросы атомной науки и техники. Серия: Ядерно-реакторные константы. 2021. № 4. C. 154–161. DOI: 10.55176/2414-1038-2021-4-154-161.
Субботтин В.И., Кириллов П.Л., Козлов Ф.А. Очистка натрия от кислорода. Контроль за содержанием кислорода в натрии // Теплофизика высоких температур. 1965. Т. 3, № 1. C. 154–163.
Han J., Xiao J., Qin W., Chen D., Liu W. Copper Recovery from Yulong Complex Copper Oxide Ore by Flotation and Magnetic Separation // JOM Springer Nature. 2017. Vol. 69. P. 1563–1569. DOI: 10.1007/s11837-017-2383-x.
Xu Z., Li T., Zhou Y. Continuous Removal of Nonmetallic Inclusions from Aluminum Melts by Means of Stationary Electromagnetic Field and DC Current // Metallurgical and Materials Transactions A. 2007. Vol. 38. P. 1104–1110. DOI: 10.1007/s11661-007-9149-y.
Повх И.Л., Капуста А.Б., Чекин Б.В. Магнитная гидродинамика в металлургии. М.: Металлургия, 1974. 240 с.
Страдомский Ю.И., Филиппов В.А. Проектный расчет магнитожидкостного сепаратора дисперсных немагнитных материалов // Состояние и перспективы развития электро- и теплотехнологии (XIX Бенардосовские чтения): Материалы Международной научно-технической конференции. Иваново, 31 мая – 02 июня 2017 г. Т. 3. 2017. C. 211–214.
Leenov D., Kolin A. Theory of Electromagnetophoresis. I. Magnetohydrodynamic Forces Experienced by Spherical and Symmetrically Oriented Cylindrical Particles // The Journal of Chemical Physics. 1954. Vol. 22, no. 4. P. 683–688. DOI: 10.1063/1.1740149.
Повх И.Л., Чекин Б.В. Магнитогидродинамическая сепарация. Киев: Наукова думка, 1978. 148 с.
Afshar M.R., Aboutalebi M.R., Guthrie R.I.L., Isac I. Modeling of electromagnetic separation of inclusions from molten metals // International Journal of Mechanical Sciences. 2010. Vol. 52. P. 1107–1114. DOI: 10.1016/j.ijmecsci.2009.11.003.
Park J.P., Tanaka Y., Sassa K., Asai S. Elimination of tramp elements in molten metal using electromagnetic force // Magnetohydrodynamics. 1996. Vol. 32, no. 2. P. 227–234.
Makarov S., Ludwig R., Apelian D. Electromagnetic separation techniques in metal casting. I. Conventional methods // IEEE Transactions on Magnetics. 2000. Vol. 36. P. 2015–2021. DOI: 10.1109/20.875303.
Мамыкин А.Д., Лосев Г.Л., Колесниченко И.В. Воздействие электромагнитных сил на двухфазную среду // Вестник Пермского университета. Физика. 2018. № 1. C. 46–53. DOI: 10.17072/1994-3598-2018-1-46-53.
Losev G., Mamykin A., Kolesnichenko I. Electromagnetic separation: concentration measurements // Magnetohydrodynamics. 2019. Vol. 55, no. 1/2. P. 89–96. DOI: 10.22364/mhd.55.1-2.11.
Losev G., Mamykin A., Kolesnichenko I. Model of electromagnetic purification of liquid metal // Magnetohydrodynamics.2021. Vol. 57, no. 1. P. 73–84. DOI: 10.22364/mhd.57.1.6.
Колесниченко И.В., Мамыкин А.Д., Лосев Г.Л. Устройство для очистки расплавленного металла и электролитов от примесей. 2019. Патент РФ № 2681092.
Kolesnichenko I., Dolgikh V., Pavlinov A., Khalilov R. Influence of length of partitions on the generation of transit flow in MHD-channel // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering. 2019. Vol. 581. 012010. DOI: 10.1088/1757-899X/581/1/012010.
Dolgikh V., Kolesnichenko I. Experimental study of a liquid metal mhd pump with a zigzag channel // Magnetohydrodynamics. 2015. Vol. 51, no. 4. P. 709–720. DOI: 10.22364/mhd.51.4.6.
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.
Физические величины. Справочник / под ред. И. Григорьева, Е. Мейлихова. М.: Энергоатомиздат, 1991. 1232 с.
ГОСТ 21930-76. Припои оловянно-свинцовые в чушках. Технические условия. 2008. М.: СТАНДАРТИНФОРМ.
Пелевин А.Е. Магнитные и электрические методы обогащения. Магнитные методы обогащения. Екатеринбург: Уральский государственный горный университет, 2018. 149 с.
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.