Numerical modeling of liquid magnesium convection in a titanium reduction apparatus with consideration of effective boundary conditions
DOI:
https://doi.org/10.17072/1994-3598-2022-4-05-17Abstract
We investigate the numerical problem of conjugate heat exchange between liquid magnesium, a steel retort, and the air-cooling zone of the titanium sponge reduction reactor furnace at the initial stages of production. The uneven distribution of heat fluxes on the side surface of the retort significantly affects the formation of convective turbulent flow inside the apparatus. The accurate consideration of thermal boundary conditions will make it possible to adequately solve the problem of heat and mass transfer in the reactor without using model representations of heat flows on the boundaries of the retort. The problem was solved in the axisymmetric nonstationary formulation using the k-ω SST turbulence model. In the numerical simulation, two conceptual solutions of the problem were implemented. The first one involves the end-to-end calculation in the framework of the coupled heat and mass transfer problem, with the calculations performed in all parts of the titanium reduction apparatus and thermal boundary conditions set on its outer boundaries. The second model relies on an effective thermal boundary condition that is applied to the outer boundary of the retort and excludes calculations in the cooling channel when investigating magnesium convection. The first model, due to its greater completeness, is more accurate, but requires considerable computational resources and time. The model with an effective thermal boundary condition, provided that the coefficients in it are selected appropriately, gives results qualitatively and quantitatively close to those obtained through end-to-end calculations. At the same time, such a model is more economical. The paper evaluates the possibility of applying an effective boundary condition. Convective flows of molten magnesium in the retort under different modes of blowing and heating have been studied. The influence of the radiation part of the heat flow on the formation of convective currents is shown.Downloads
Published
How to Cite
Issue
Section
License
Copyright (c) 2022 Bulletin of Perm University. Physics
This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 International License.
Автор предоставляет Издателю журнала (Пермский государственный национальный исследовательский университет) право на использование его статьи в составе журнала, а также на включение текста аннотации, полного текста статьи и информации об авторах в систему «Российский индекс научного цитирования» (РИНЦ).
Автор даёт своё согласие на обработку персональных данных.
Право использования журнала в целом в соответствии с п. 7 ст. 1260 ГК РФ принадлежит Издателю журнала и действует бессрочно на территории Российской Федерации и за её пределами.
Авторское вознаграждение за предоставление автором Издателю указанных выше прав не выплачивается.
Автор включённой в журнал статьи сохраняет исключительное право на неё независимо от права Издателя на использование журнала в целом.
Направление автором статьи в журнал означает его согласие на использование статьи Издателем на указанных выше условиях, на включение статьи в систему РИНЦ, и свидетельствует, что он осведомлён об условиях её использования. В качестве такого согласия рассматривается также направляемая в редакцию справка об авторе, в том числе по электронной почте.
Редакция размещает полный текст статьи на сайте Пермского государственного национального исследовательского университета: http://www.psu.ru и в системе OJS на сайте http://press.psu.ru
Плата за публикацию рукописей не взимается. Гонорар за публикации не выплачивается. Авторский экземпляр высылается автору по указанному им адресу.