Движение оси крупномасштабного вихревого течения жидкого металла в дисковой ячейке, вызванное азимутальной электромагнитной силой малой интенсивности с нелинейным радиальным профилем

Аннотация

В работе численно изучается ламинарное течение жидкого металла, которое возникает под действием осесимметричной электромагнитной силы, нелинейно зависящей от радиуса дисковой ячейки. Электромагнитная сила определяется векторным произведением плотности электрического тока, протекающего по ячейке, и индукции ортогонального магнитного поля. Нелинейный радиальный профиль электромагнитной силы с выраженным максимумом возникает, когда ток подводится к центральной области ячейки и отводится от ее периферии, а магнитное поле создано катушками Гельмгольца, диаметр которых меньше диаметра ячейки. Проведено численное моделирование в пакете ANSYS Fluent. Обнаружено, что в определенном диапазоне параметров ось вращающегося течения жидкого металла начинает колебательное движение относительно центра ячейки. Данный эффект возникает на фоне генерации вторичных течений: экмановской подкачки, неустойчивостей Тейлора–Гертлера и Кельвина–Гельмгольца. Найдена граница на плоскости силового и геометрического параметров, которая отделяет области отсутствия и возникновения колебания крупномасштабного вихря.