Электровихревое течение жидкого металла в цилиндрическом канале

Сергей Дмитриевич Мандрыкин (Sergei D. Mandrykin), Геннадий Леонидович Лосев (Gennadii L. Losev), Илья Владимирович Колесниченко (Ilya V. Kolesnichenko), Петр Готлобович Фрик (Peter Frick)

Аннотация


Представлены результаты экспериментального исследования электровихревого течения галлиевого сплава в цилиндрическом канале при локализованном подводе электрического тока на боковых стенках. С помощью ультразвукового доплеровского анемометра получены профили скорости течений жидкого металла для различных значений тока и при различном расположении датчиков. Установлено, что в данной конфигурации электровихревые течения возникают во всем рассмотренном диапазоне значений силы тока. Скорости течения невелики (максимальная средняя по объему скорость достигает 40 мм/с), но течения нестационарны при всех рассмотренных параметрах течения. Амплитуда пульсаций скорости сопоставима со средним значением скорости. Определены характеристики пульсаций в зависимости от приложенного тока. Показано, что даже при минимальных токах нарушена симметрия течения, а его структура отличается от ожидаемой из геометрии канала и расположения электродов.

Ключевые слова


электровихревое течение; магнитная гидродинамика; жидкий металл

Полный текст:

PDF

Литература


Boyarevich V. V., Freiberg Ia. Zh., Shilova E. .V., Shcherbinin E. V. Elektrovikhrevye techeniia (Electroconvective flows). Riga: Zinatne, 1985. 315 p. (In Russian).

Khripchenko S. Yu. Elektrovikhrevye techeniia v kanalakh MGD-ustroistv (Electroconvective flows in channels of MHD devices). Ekaterinburg: UB RAS, 2009. 260 p. (In Russian).

Rabiger D., Zhang Y., Galindo V., Franke S., Willers B., Eckert S. The relevance of melt convection to grain refinement in Al-Si alloys solidified under the impact of electric currents. Acta Materialia, 2014, vol. 79, pp. 327–338.

Kazak O. V., Semko A. N. Electrovortex motion of a melt in DC furnaces with a bottom electrode. Journal of Engineering Physics and Thermophysics, 2011, vol. 84, no. 1, pp. 223–231.

Kazak O. Modeling of vortex flows in direct current (DC) electric arc furnace with different bottom electrode positions. Metallurgical and Materials Transactions B, 2013, vol. 44. no. 5, pp. 1243–1250.

Kazak O. Numerical modelling of electrovortex and heat flows in DC electric arc furnace with cooling bottom electrode. Heat and Mass Transfer, 2013, vol. 50, no. 5, pp. 685–692.

Weber N., Galindo V., Priede J., Stefani F., Weier T. The influence of current collectors on Tayler instability and electrovortex flows in liquid metal batteries. Physics of Fluids, 2015, vol. 27, no. 1, 014103.

Vinogradov D. A., Teplyakov I. O., Ivochkin Y. P., Klementeva I. B. Influence of the external magnetic field on hydrodynamic structure of the electrovortex flow in hemispherical container. Journal of Physics: Conference Series, 2017, vol. 899, no. 8, 082006.

Weber N., Galindo V., Stefani F., Weier T. Current-driven flow instabilities in large-scale liquid metal batteries, and how to tame them. Journal of Power Sources, 2014, vol. 265, pp. 166–173.

Sneyd A. D., Wang A. MHD driven instabilities in aluminium reduction cells. Magnetohydrodynamics, 1996, vol. 32, no. 4, pp. 487–493.

Dement'ev S. B., Chaikovskii A. I., Chudnovskii A. Yu. Generation of electrovortex flows in liquid-metal baths with a multielectrode current input. Magnetohydrodynamics, 1988, vol. 24, no. 1, pp. 45–49.

Pedchenko A., Molokov S., Priede J., Lukyanov A., Thomas P. J. Experimental model of the interfacial instability in aluminium reduction cells. Europhysics Letters, 2009, vol. 88, no. 2, 24001.

Khripchenko S. Yu. Generation of large-scale vortical structures by small-scale helical turbulence in a fat layer. Magnetohydrodynamics, 1991, vol. 27, no. 4, pp. 77–83.

Cruz Gomez R. C., Zavala Sanson L., Pinilla M. A. Generation of isolated vortices in a rotating fluid by means of an electromagnetic method. Experiments in Fluids, 2013, vol. 54, 1582.

Kolesnichenko I., Frick P. Conducting fluid flow in a helical magnetic field. Magnetohydrodynamics, 2009, vol. 45, no. 2, pp. 165–171.

Sokolov D. D., Stepanov R. A., Frick P. G. Dynamo: from an astrophysical model to laboratory experiments. Physics–Uspekhi, 2014, vol. 57, pp. 292–311.

Kolesnichenko I., Khalilov R., Shestakov A., Frick P. ICMM two-circuit sodium loop: a tool to study the mixing of flows with different temperature. Magnetohydrodynamics, 2016, vol. 52. no. 1, pp. 87–94.

Kolesnichenko I., Khripchenko S., Buchenau D., Gerbeth G. Electrovortex flows in a square layer of liquid metal. Magnetohydrodynamics, 2005, vol. 41, no. 1, pp. 39–51.




DOI: http://dx.doi.org/10.17072/1994-3598-2018-2-20-27

Ссылки

  • На текущий момент ссылки отсутствуют.





ISSN: 1994-3598

Адрес издателя и учредителя: ПГНИУ, ул. Букирева, д. 15, г. Пермь, 614990

Журнал зарегистрирован Федеральной службой по надзору за соблюдением законодательства в сфере массовых коммуникаций и охраны культурного наследия. Свидетельство о регистрации средства массовой информации ПИ № ФС77-66788 от 08 августа 2016 г.

Научное издание

© ФГБОУ ВО «Пермский государственный национальный исследовательский университет», 2018

Лицензия Creative Commons
Материалы журнала публикуются по лицензии Creative Commons - Attribution 4.0 International (CC BY 4.0).