МГД-перемешивание тяжелой примеси вращающимся магнитным полем, создаваемым секционным кольцевым индуктором
Автор: Окатьев Р.С., Лосев Г.Л., Колесниченко И.В.
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 2 т.18, 2025 года.
Бесплатный доступ
Эффективность процесса перемешивания двухфазной жидкости (жидкого металла с частицами примеси) в цилиндрической ячейке исследована численно с использованием двухжидкостной модели многофазной среды. Перемешивание осуществляется за счет электромагнитной силы, которая порождается кольцевым индуктором вращающегося магнитного поля. Индуктор состоит из шести кольцевых секций, равномерно располагающихся по высоте ячейки. Каждая из секций создает независимое магнитное поле. Рассмотрены три конфигурации электромагнитной силы. Первая конфигурация соответствует сонаправленному вращению магнитных полей всех шести секций и совпадает с классическим случаем вращающегося магнитного поля. Во второй конфигурации в трех верхних кольцах генерируются магнитные поля, вращающиеся в одном направлении, а в трех нижних -- магнитные поля, тоже вращающиеся в одном направлении, но в противоположном верхним. В третей конфигурации направления вращения кольцевых магнитных полей чередуются по высоте ячейки. Введен параметр, характеризующий неоднородность распределения примеси. Показано, что наиболее эффективное перемешивание достигается во второй конфигурации. Это связано с возникновением крупномасштабного колебательного режима течения. Конфигурация однородного вращающегося магнитного поля обеспечивает наименее качественное перемешивание вследствие малой полоидальной скорости. В третьей конфигурации наблюдаются колебания параметра неоднородности распределения примеси, обусловленные хаотическим характером течения. При индукторе второй конфигурации определено оптимальное время перемешивания, при котором степень неоднородности распределения примеси оказывается наименьшей.
Секционный индуктор, вращающееся магнитное поле, магнитная гидродинамика, перемешивание примеси, многофазные среды, численное моделирование
Короткий адрес: https://sciup.org/143184627
IDR: 143184627 | DOI: 10.7242/1999-6691/2025.18.2.10
MHD-stirring of a heavy impurity under a rotating magnetic field generated by a multi-section inductor
We study numerically the efficiency of stirring a two-phase dispersed fluid (liquid metal with impurity particles) in a cylindrical cell using a multiphase two-fluid model. The stirring is driven by an electromagnetic force generated by a sectional rotating magnetic field inductor. The inductor consists of six annular segments evenly distributed along the height of the cell. Each segment generates a rotating magnetic field independently. We consider three electromagnetic force configurations. The first configuration corresponds to a co-directional rotation of the magnetic fields of all six inductors, matching the case of a classical rotating magnetic field. In the second configuration, the three upper rings generate a magnetic field rotating in one direction, while the lower three rotate in the opposite direction. In the third configuration, the rotation directions of the magnetic fields alternate along the cell height. We introduce a parameter characterizing the inhomogeneity of the impurity distribution. It was shown that the most efficient mixing is achieved in the second configuration, which is attributed to the emergence of a large-scale oscillatory flow regime. The uniform rotating magnetic field configuration provides the least efficient mixing due to low poloidal velocity. In the third configuration, oscillations in the impurity distribution inhomogeneity parameter associated with the chaotic nature of the flow are observed. The optimal stirring time at which the degree of impurity distribution inhomogeneity is the least is determined.
