Начальная стадия формирования вихревого течения в индукторе с вращающимися встречно магнитными полями

Начальная стадия формирования вихревого течения в индукторе с вращающимися встречно магнитными полями

Автор: Озерных Владимир Сергеевич, Лосев Геннадий Леонидович, Гольбрайх Ефим, Колесниченко Илья Владимирович

Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm

Статья в выпуске: 4 т.16, 2023 года.

Бесплатный доступ

Рассмотрены неустановившиеся течения электропроводящей жидкости в цилиндрической полости под действием разнонаправленных вращающихся магнитных полей. Актуальность исследования обусловлена наличием такого течения в разрабатываемом для жидкометаллического теплоносителя расходомере. Предметом изучения является процесс формирования стадии разгона течения (spin-up) в комбинированном индукторе вращающегося магнитного поля. Стадия разгона характеризуется значительным изменением угловой скорости жидкости и начинается с образования за счет центробежных сил областей пониженного давления. Чередование и перемещение областей пониженного и повышенного давления вызывают пульсации скорости. При малых значениях управляющего параметра, в качестве которого выступает число Тейлора, энергия течения плавно увеличивается. В этом случае установившееся течение представляет собой два азимутальных и несколько полоидальных вихрей четко выраженной структуры. При превышении числом Тейлора критического значения в течении возникают сильные пульсации, приводящие к распаду крупномасштабных вихрей. Интенсивность течения характеризуется числом Рейнольдса. Получена степенная зависимость с показателем степени 1.57 между числами Рейнольдса и Тейлора. Выявлено, что время формирования установившегося течения варьируется в пределах от нескольких секунд до десятков секунд в зависимости от значения числа Тейлора. Получена оценка значений управляющих параметров для типового режима работы расходомера. Показано, что для корректного измерения скорости в расходомере необходимо достижение чисел Тейлора более 108. Исследование проведено с помощью математического моделирования и верифицировано на эксперименте. Средние расчетные профили располагаются внутри доверительных интервалов экспериментальных профилей.

Еще

Магнитная гидродинамика, жидкий металл, разгон вихревого течения, торсионный индуктор, расходомер

Короткий адрес: https://sciup.org/143180968

IDR: 143180968   |   DOI: 10.7242/1999-6691/2023.16.4.41

Список литературы Начальная стадия формирования вихревого течения в индукторе с вращающимися встречно магнитными полями

  • Архипов В.М. Техника работы с натрием на АЭС. М.: Энергоатомиздат, 1986. 136 с.
  • Кирко И.М., Кирко Г.Е. Магнитная гидродинамика проводящих сред. Пермь: Перм. гос. ун-т, 2007. 312 с.
  • Fisher A.E., Kolemen E., Hvasta M.G. Experimental demonstration of hydraulic jump control in liquid metal channel flow using Lorentz force // Phys. Fluids. 2018. Vol. 30. 067104. https://doi.org/10.1063/1.5026993
  • Thess A., Votyakov E.V., Kolesnikov Y. Lorentz force velocimetry // Phys. Rev. Lett. 2006. Vol. 96. 164501. https://doi.org/10.1103/PhysRevLett.96.164501
  • Schulenberg T., Stieglitz R. Flow measurement techniques in heavy liquid metals // Nucl. Eng. Des. 2010. Vol. 240. P. 2077 2087. https://doi.org/10.1016/j.nucengdes.2009.11.017
  • Eckert S., Cramer A., Gerbeth G. Velocity measurement techniques for liquid metal flows // Magnetohydrodynamics / Ed. S. Molokov, R. Moreau, K. Moffatt. Springer Dordrecht, 2007. P. 275-294. https://doi.org/10.1007/978-1-4020-4833-3_17
  • Shercliff J.A. Theory of electromagnetic flow-measurement. Cambridge University Press, 1962. 146 p.
  • Belyaev I.A., Razuvanov N.G., Sviridov V.G., Zagorsky V.S. Temperature correlation velocimetry technique in liquid metals // Flow Meas. Instrum. 2017. Vol. 55. P. 37-43. https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2017.05.004
  • Mosorov V., Rybak G., Sankowski D. Plug regime flow velocity measurement problem based on correlability notion and twin plane electrical capacitance tomography: Use case // Sensors. 2021. Vol. 21. 2189. https://doi.org/10.3390/s21062189
  • Wang C., Zhang S., Li Y., Jia L., Ye J. Cross-correlation sensitivity-based electrostatic direct velocity tomography // IEEE Transactions on Instrumentation and Measurement. 2020. Vol. 69. P. 8930-8938. https://doi.org/10.1109/TIM.2020.3001412
  • Bolton G.T., Hooper C.W., Mann R., Stitt E.H. Flow distribution and velocity measurement in a radial flow fixed bed reactor using electrical resistance tomography // Chem. Eng. Sci. 2004. Vol. 59. P. 1989-1997. https://doi.org/10.1016/j.ces.2004.01.049
  • Колесниченко И.В., Халилов Р.И., Мамыкин А.Д. Корреляционный способ определения расхода жидкого металла и безэлектродный электромагнитный расходомер жидкого металла «ПИР» (Пермский индукционный расходомер) для его осуществления. Патент РФ № 2791036 от 24.06.2022.
  • Kolesnichenko I., Pavlinov A., Golbraikh E., Frick P., Kapusta A., Mikhailovich B. The study of turbulence in MHD flow generated by rotating and traveling magnetic fields // Exp. Fluids. 2015. Vol. 56. 88. https://doi.org/10.1007/s00348-015-1957-z
  • Denisov S., Dolgikh V., Khripchenko S., Kolesnichenko I., Nikulin L. The effect of traveling and rotating magnetic fields on the structure of aluminum alloy during its crystallization in a cylindrical crucible // Magnetohydrodynamics. 2014. Vol. 50. P. 407-422.
  • Гельфгат Ю., Приеде Я. МГД-течения во вращающемся магнитном поле (Обзор) // Магнитная гидродинамика. 1995. Т. 31, № 2. C. 214-230.
  • Колесниченко И., Мамыкин А., Халилов Р. Электромагнитный перемешиватель жидкого металла: верификация электромагнитной части задачи // Вестник Пермского университета. Физика. 2022. № 4. С. 45-51. https://doi.org/10.17072/1994-3598-2022-4-45-51
  • Greenspan H.P. The theory of rotating fluids. Cambridge University Press, 1968. 327 p.
  • Räbiger D., Eckert S., Gerbeth G. Measurements of an unsteady liquid metal flow during spin-up driven by a rotating magnetic field // Exp. Fluids. 2010. Vol. 48. P. 233-244. https://doi.org/10.1007/s00348-009-0735-1
  • Mikhailovich B., Shapiro A., Sukoriansky S., Zilberman I. Experiments with turbulent rotating MHD flows in an annular gap // Magnetohydrodynamics. 2012. Vol. 48. P. 43-50.
  • Озерных В.С., Колесниченко И.В., Фрик П.Г. Течение в жидком металле под действием электромагнитных сил вблизи сферической частицы с отличающейся электропроводностью // Вычисл. мех. сплош. сред. 2022. Т. 15, № 3. С. 354 362. https://doi.org/10.7242/1999-6691/2022.15.3.27
  • Frick P., Mandrykin S., Eltischev V., Kolesnichenko I. Electro-vortex flows in a cylindrical cell under axial magnetic field // J. Fluid Mech. 2022. Vol. 949. A20. https://doi.org/10.1017/jfm.2022.746
  • Kolesnichenko I., Frick P., Eltishchev V., Mandrykin S., Stefani F. Evolution of a strong electrovortex flow in a closed cell // Phys. Rev. Fluids. 2020. Vol. 5. 123703. https://doi.org/10.1103/PhysRevFluids.5.123703
  • Wilcox D.C. Turbulence modeling for CFD. DCW Industries, Inc., 1998. 540 p.
  • Losev G., Kolesnichenko I. The influence of the waveguide on the quality of measurements with ultrasonic Doppler velocimetry // Flow Meas. Instrum. 2020. Vol. 75. 101786. https://doi.org/10.1016/j.flowmeasinst.2020.101786
  • Колесниченко И., Халилов Р. Экстремум зависимости напора электромагнитного насоса для жидкого металла от частоты питающего тока // Вычисл. мех. сплош. сред. 2022. Т. 15, № 4. С. 495-506. https://doi.org/10.7242/1999-6691/2022.15.4.38
Еще
Статья научная
QR-код для установки приложения SciUp Наведите камеру и скачайте бесплатное приложение SciUp