Исследование структуры электровихревого течения жидкого металла в полусферической полости

• Автор: Тепляков, Игорь Олегович
• Шифр специальности: 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 148 с. : ил.

Содержание
Введение

Глава 1. Литературное состояние вопроса

1.1 Физические основы электровихревых течений

1.2 Обзор теоретических и расчетных исследований

1.3 Обзор экспериментальных исследований

1.4 Совместные исследования ИФ АН ЛаССР и ИВТАН СССР .

1.5 Исследования причин спонтанной закрутки осесимметричных электровихревых течений

1.6 Выводы по главе 1 и постановка задач исследования

Глава 2. Экспериментальная установка и методика измерений

2.1 Описание экспериментальной установки
2.2 Методика измерений
2.2.1 Методика измерения скорости при помощи волоконно-оптического преобразователя
2.2.2 Температурные измерения
2.2.3 Исследование процесса плавления
2.2.4 Автоматизация системы измерений
2.3 Оценка погрешностей измерений
2.4 Выводы по главе
Глава 3. Математическое описание исследуемых процессов и методика
расчета
3.1 Основные уравнения
3.2 Расчет электромагнитной силы, действующей в объёме жидкого металла
3.2.1 Расчет плотности тока
3.2.2 Расчет магнитного поля

3.2.3 Расчет магнитного поля, создаваемого токоподводами
3.3 Методика численного расчета
3.3.1 Расчет полей скорости и температуры
3.3.2 Методика расчета деформации свободной поверхности
3.3.3 Моделирование перемешивания в системе
3.3.4 Численное моделирования плавления
3.4 Выводы по главе
Глава 4. Результаты исследования и их анализ
4.1 Введение. Оценка сил, действующих в объёме жидкого металла
4.2 Результаты экспериментального и численного моделирования ЭВТ при отсутствии внешних магнитных полей
4.3 Влияние внешних магнитных полей на гидродинамику и температурные поля ЭВТ
4.3.1 Влияние внешних магнитных полей искусственного происхождения
4.3.2 Влияние магнитного поля Земли
4.4 Влияние деформации свободной поверхности на гидродинамику ЭВТ
4.4.1 Результаты экспериментальных исследований
4.4.2 Результаты численного моделирования
4.5 Исследование влияния внешнего магнитного поля на перемешивание и плавление
4.5.1 Результаты численного исследования влияния внешнего МП на перемешивание
4.5.2 Результаты экспериментального и численного исследования влияния внешнего МП на процесс плавления
4.6 Выводы по главе
Заключение
Список литературы

Список обозначений
В работе используются следующие обозначения:
А — векторный потенциал, А
В — индукция магнитного поля, Тл
С — концентрация, м~
Б — коэффициент диффузии, м2/с
Е — напряженность электрического поля, В/м
Б — объёмная сила, Н/м
Н — линейный размер
(7 — граница
/ — электрический ток, А J — плотность электрического тока, А/м2 К — критерий перемешивания Ь — линейный размер N — количество ячеек О — начало координат Р — давление, Па С} — мощность, Вт
Я — радиус в сферических координатах Т — температура, К или °С и — скорость, м/с V — объём, м
а — температуропроводность, м2/с с — теплоёмкость, Дж/(кг-К)
(1 — диаметр, м
/ — вспомогательная функция д — ускорение свободного падения, м/с2 г — индекс

налитой на очищенную поверхность ртути. Фотографии, сделанные при малом времени экспозиции (1/30 с), показали, что формирование осевой струи от малого электрода сопровождается образованием около нее вихревой дорожки, состоящей из нескольких, возможно, разнонаправленных вихрей.
Рис. 1.17. Фотография свободной поверхности ртути, (а) и (б) — соответственно длительное и короткое (1/30 с) время экспозиции [43].
Результаты измерения давления, выполненные с помощью отборников — стационарных импульсных линий, позволили авторам [43] с помощью простого соотношения Рмд(г — г^) = р (где д — го — искомое значение деформации поверхности жидкого металла, р — измеренное давление (см. рис. 1.18), рм - плотность рабочей жидкости) определить форму поверхности кристаллизации (рис. 1.18).
Естественным продолжением работы [43] было исследование [44], где теоретически и экспериментально на модели с цилиндрической ванной изучено влияние продольного магнитного поля на характеристики ЭВТ, в частности, на придонное давление. Внешнее поле создавалось с помощью соленоида, который состоял из семнадцати витков (ток соленоида ~1 кА) и был размещен на токоподводе малого электрода. Результаты теоретических оценок и экспериментов показали, что с ростом внешнего поля уменьшается гидродинамическое давление струи жидкого металла на поверхность большого электрода, причем, начиная с некоторого значения В, вблизи оси электрода формируется область разрежения. В соответствии с этим меняется и