Влияние конфигурации бегущих магнитных полей на эффективность перемешивания жидкого металла в прямоугольной ячейке
Автор: Иван Юрьевич Митрополит, Геннадий Леонидович Лосев, Владислав Андреевич Ельтищев, Илья Владимирович Колесниченко
Журнал: Вычислительная механика сплошных сред @journal-icmm
Статья в выпуске: 2 т.19, 2026 года.
Бесплатный доступ
Численно исследованы перемешивающие течения жидкого металла в плоской прямоугольной изложнице, возбуждаемые двумя линейными индукторами магнитного поля при различном расположении и различной магнитосвязанности индукторов. Магнитная связь индукторов обеспечивается за счет соединения пассивными ферромагнитными элементами, которые интенсифицируют электромагнитное взаимодействие между катушками соседних индукторов и, таким образом, вносят существенные неоднородности в поле электромагнитных сил. Перемешивающие свойства возбуждаемых электромагнитными силами течений оцениваются при помощи введения интегрального параметра однородности пассивной примеси, эволюция поля концентрации которой напрямую зависит от эволюции в течении вихревых структур различного масштаба. Показано, что наиболее эффективное перемешивание металла в изложнице реализуется при относительно близком расположении индукторов, но отсутствии прямых магнитных связей между ними. Это обусловлено согласованностью геометрии изложницы и топологии поля электромагнитных сил, которое создает крупный, вытянутый по длине изложницы вихрь и, тем самым, обеспечивает перенос примеси по всему объему. Сам вихрь при этом нестабилен и с определенной периодичностью распадается, хаотизируя течение. В результате образуется множество мелких вихревых структур, которые также улучшают перемешивание. При наличии жестких магнитных связей между индукторами создаваемые течения обладают выраженной нестационарностью и асимметрией. В данном случае вдоль главного направления изложницы возникают несколько вихрей, в одном из которых примесь может удерживаться. Возникает эффект запирания, в результате чего перенос примеси по изложнице затрудняется. Валидация численной модели выполнена на данных лабораторного эксперимента.
Бегущее магнитное поле, магнитная гидродинамика, перемешивание примеси, многофазные среды, численное моделирование
Короткий адрес: https://sciup.org/143186129
IDR: 143186129 | УДК: 537.84; 532.5 | DOI: 10.7242/1999-6691/2026.19.2.18
The influence of the configuration of travelling magnetic fields on the efficiency of liquid metal stirring in a rectangular cell
This paper aims to investigate numerically a vortex flow of liquid metal in a rectangular mould excited by two linear inductors of magnetic fields located at different distances and at different magnetic couplings . The occurrence of magnetic coupling between the inductors is due to their connection via passive ferromagnetic elements, which intensify the electromagnetic interaction between the coils of adjacent inductors leading to significant non-uniformity of electromagnetic field. The stirring efficiency of the flow driven by electromagnetic forces is estimated in terms of the integral parameter of homogeneity of passive impurity, whose concentration directly depends on the evolution of vortex structures of different size. It has been shown that the most effective stirring of liquid metal in the mould is achieved at relatively close distance between the inductors but in the absence of direct magnetic coupling. This ensures consistency between the mould geometry and the topology of electromagnetic field, and, as a result, generates along the mould length a large-scale elongated vortex, facilitating thereby the transport of impurity throughout the bulk of the liquid metal. The vortex itself loses stability and breaks down with a certain periodicity into many small vortex structures. The flow becomes chaotic and stirring is intensified. In the case of strong magnetic coupling between the inductors the resulting flows exhibit pronounced instability and asymmetry responsible for the generation of several vortices along the principal mould direction. One of the vortices can trap the impurity producing a blocking effect, which impedes the transport of impurity across the mould . The study was conducted using numerical modeling. The model was verified using data from the laboratory experiment.
