Elektromagnētiskās un termiskās konvekcijas modelēšana stikla kausējumā ar temperatūratkarīgām īpašībām

Abstract

Aprakstīts izveidotais matemātiskais modelis kausējuma ar temperatūratkarīgām fizikālām īpašībām plūsmas, ko rada Lorenca spēks un termiskā konvekcija, aprakstam tīģelī ar iegremdētiem elektrodiem. Pētījuma mērķis ir prognozēt temperatūras sadalījumus konkrētā modeļtīģelī un atrast iekārtas parametrus, kas nodrošina augstu temperatūras lauka homogenitāti un līdz ar to augstu galaprodukta kvalitāti. Savstarpēji saistītie EM, hidrodinamikas un siltuma pārneses vienādojumi tiek risināti, izmantojot programmpaketi ANSYS CFX. Eksperimentālo datu kontekstā tiek analizēta Lorenca spēka, kā arī tā virziena ietekme uz plūsmas raksturu 2D un 3D modeļos bezindukcijas tuvinājumā. Rezultātu analīze parāda izvēlēto modeļu pamatotību un labu kvalitatīvu atbilstību eksperimentā iegūtajiem datiem, kā arī sistemātisku pētījumu nepieciešamību iekārtas parametru optimizācijai. Darbs sastāv no ievada, 3 pamatnodaļām, kopsavilkuma un secinājumiem, satur 65 lpp., norādes uz 36 attēliem un 7 tabulām. Atslēgvārdi: EM konvekcija, Lorenca spēks, stikla kausēšana

The mathematical model is developed for numerical investigation of EM and thermal convection in the crucible system with immersed electrodes. The goal is predicting the distribution of temperature in the model crucible and determining parameters of the experimental system which ensure high homogeneity of the temperature field of the melt required for high quality of the product. Coupled EM, hydrodynamic and heat transfer equations have been solved using ANSYS CFX software. The impact of the Lorentz force on the flow of glass melt is analysed in 2D and 3D, non-inductive approximation has been used. Results are in qualitatively good agreement with the experimental data and show assumptions of the model to be reasonable. Further systematic investigations have been found to be necessary for optimisation of the experimental system. This master thesis consists of preface, three major sections and conclusions. It contains 65 pages, 36 figures and 7 tables.

Keywords: EM convection, Lorentz force, glass melting