Математическое моделирование индукционных магнитогидродинамических устройств металлургического назначения методом дискретизации свойств сред

• Автор: Головенко, Евгений Анатольевич
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2004
• Место защиты: Красноярск
• Количество страниц: 188 с. : ил.

1.1 Методы и средства магнитной гидродинамики для нужд металлургии и литейного производства
1.1.1 Индукционные магнитогидродинамические устройства с пульсирующим магнитным полем
1.1.2 Индукционные магнитогидродинамические устройства с вращающимся магнитным полем.

1.1.3 Индукционные магнитогидродинамические устройства с бегущим магнитным полем.

1.1.4 Индукционные магнитогидродинамические устройства с двухкомпонентным магнитным полем
1.1.5 Общие особенности индукционных магнитогидродинамических устройств для нужд металлургии и литейного производства
1.2 Физические явления в электромагнитной системе индукционных мапштогидродинамических устройств металлургического назначения и обзор методов расчета этих устройств.
1.3 Математическое моделирование электромагнитного поля в индукционных магнитогидродинамических устройствах.
1.4 Экспериментальные исследования магнитогидродинамических устройств на натуральных образцах и физических моделях.

1.5 Выводы по главе.

2 МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ЭЛЕКТРОМАГ

НИТНОГО ПОЛЯ МЕТОДОМ ДИСКРЕТИЗАЦИИ СВОЙСТВ СРЕД
2.1 Одномерная математическая модель в декартовой системе
координат.
2.2 Одномерные математические модели в цилиндрической системе
координат.
2.3 Двухмерная математическая модель в декартовой системе
координат.
2.4 Двухмерная осесимметричная математическая модель в
цилиндрической системе координат
2.5 Трехмерная математическая модель в декартовой системе
координат
2.6 Выводы по главе.
3 МАТЕМАТИЧЕСКИЕ МОДЕЛИ ИНДУКЦИОННЫХ
МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКИХ УСТРОЙСТВ.
3.1 Общие замечания.
3.2 Математическое моделирование плоской двухсторонней линейной
индукционной машины методом дискретизации свойств сред
3.2.1 Постановка задачи
3.2.2 Математическое моделирование плоских двухсторонних
линейных индукционных машин в одномерной постановке
3.2.3 Математическое моделирование плоских двухсторонних
линейных индукционных машин в двухмерной постановке
3.2.4 Математическое моделирование плоских двухсторонних
линейных индукционных машин в трехмерной постановке
3.3 Математическое моделирование цилиндрических линейных
индукционных машин
3.4 Совместное математическое моделирование электромагнитного и
гидродинамических полей.
3.5 Выводы по главе.
4 ФИЗИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ИНДУКЦИОННЫХ
МАГНИТОГИДРОДИНАМИЧЕСКИХУСТРОЙСТВ.
4.1 Общие замечания.
4.2 Физическое моделирование двухфазной плоской двухсторонней
линейной индукционной машины
4.3 Физическое моделирование трехфазной плоской двухсторонней
линейной индукционной машины
4.4 Физическое моделирование электромагнитного перемешивателя
жидкой сердцевины прямоугольного слитка алюминия высокой чистоты в процессе его кристаллизации
4.4 Выводы по главе.
ОСНОВНЫЕ РЕЗУЛЬ ТА ТЫ И ВЫВОДЫ
СПИСОК ИСПОЛЬЗОВА НЫХ ИСТОЧНИКОВ
ПРИЛОЖЕНИЯ
ВВЕДЕНИЕ
Актуальность


Поэтому кондукционные насосы большей частью работают в качестве циркуляционных насосов в замкнутых контурах в атомной энергетике для перекачивания жидкометаллических теплоносителей, в качестве которых используют в основном натрий и его сплавы с калием и реже ртуть, сплав свинца и висмута и ряд других 2. Для чужд металлургии кондукционные установки практического применения не нашли. Для задач металлургии и литейного производства наиболее подходящими являются индукционные магнитогидродинамические устройства, потому что в них отсутствует электрическая связь между рабочим телом и внешней
электрической цепью. При этом электромагнитные силы возникают в результате взаимодействия индуцированного в расплаве электрического тока с тем же электромагнитным полем, которое его наводит. Электромагнитные поля создаются индукционными установками, конструкция которых зависит от рода создаваемого поля бегуиее, вращающееся, пульсирующее и рода электрического тока, питающего индуктор переменный однофазный или многофазный 1. Индукционные магнитогидродина. Простейшими индукционными МГДустройствами считаются однофазные индукционные устройства с пульсирующим магнитным полем. Пульсирующее магнитное поле отличается от вращающегося и бегущего тем, что оно, являясь переменным электромагнитным полем, изменяется по гармоническому закону во времени синфазно одновременно во всех точках занимаемого им пространства. Во всех индукционных насосах с пульсирующим магнитным полем имеется замкнутый контур кольцо жидкого металла, сцепленный с магнитным потоком в железном сердечнике. В этом контуре индуктируется ток, взаимодействующий с перпендикулярно направленным магнитным полем, которое тем или иным способом создается в пространстве, занятом жидким металлом. Весьма удачную конструкцию однофазного индукционного насоса предложил М. Тома Патент США, 5, год. Принцип действия насоса М. Тома основан на использовании линейного пинчэффекта. Насос состоит из огнеупорной трубы, соответствующим образом соединенной с канальной индукционной раздаточной печью рисунок 1. Индуктор печи состоит из замкнутого магнитопровода 1, набранного из листов электротехнической стали и двух размещенных на нем первичных обмоток 2, питаемых током промышленной частоты. Вторичный контур, состоящий из двух петель, образован тремя продольными каналами. Предельная простота устройства и совмещение функций дозатора и печи делают их вполне пригодными в машинах для литья под давлением. Этот насос серийно выпускается фирмой Аякс США. Среди отечественных разработок для тех же целей следует отметить однофазный электромагнитный ЭМ насос спульсирующим электромагнитным полем, в котором магнитные цепи потоков, наводящих электрический ток и индукцию магнитного поля полностью разделены рисунок 1. Такой насос предложен В. П. Полищуком и получил название магнитодииамический насос МДН , . Он использован для запивки жидких алюминия и магния в машину для литья под давлением. Канальная часть 1 с расплавом охвачена замкнутым магнитопроводом 2, с расположенной на нем обмоткой 3, которая, выполнена в виде катушки из изолированного провода. Расположенный в месте присоединения раздаточного металлотракта 4 к каналу 1, узел 5, называется тройниковой рабочей зоной МДН. Эта зона находится в зазоре шихтованного магнитопровода 6 электромагнита с катушкой 7. Общими недостатками однофазных электромагнитных насосов с пульсирующим электромагнитным полем является то, что давление на расплав не превышает долей атмосферы и исключена возможность его реверса, например, с целью отсечения струи жидкого расплава 3. Одним из первых МГДустройств, основанных на использовании пинчэффекта, был высокочастотный индуктор, использованный Р. П. Жежериным для регулирования истечения струи жидкого металла из промежуточной емкости, применяемой при непрерывной разливке . Струя жидкого металла у выхода из промежуточной емкости охватывалась индуктором высокочастотного электромагнитного поля. Электродинамическое взаимодействие поля и токов, индуктированных в струе, приводило к пережиму сечения струи электромагнитными силами. Этот пережим, как и инерционное сжатие струи, уменьшает расход жидкого металла, чем и достигается регулирование струи. Полное запирание струи таким образом недостижимо, так как задолго до этого струя теряет устойчивость формы.