Elektromagnētiski ierosinātas šķidra metāla brīvās virsmas dinamikas skaitliska un eksperimentāla izpēte

Abstract

Šajā darbā tiek pētīta rotējošu pastāvīgo magnētu ierosināta šķidra gallija brīvās virsmas dinamika laboratorijas mēroga iekārtā. Tiek izstrādāti sajūgti elektromagnētiskā lauka un hidrodinamikas skaitliskie modeļi, kas tiek verificēti ar modeļeksperimentu palīdzību. Tiek apskatīta brīvās virsmas deformācija pie dažādiem sistēmas parametriem, piemēram, magnētu rotācijas frekvences un attāluma līdz šķidrajam metālam. Skaitliskie rezultāti kopumā labi sakrīt ar eksperimentiem un rāda, ka maksimālais virsmas deformācijas augstums ir proporcionāls magnētu rotācijas frekvencei. Pie lieliem magnētu rotācijas ātrumiem eksperimentos tiek novērotas ļoti intensīvas brīvās virsmas svārstības, kuru modelēšanai nepieciešami precīzi turbulences modeļi.

This work is aimed to study rotating permanent magnet induced liquid gallium free surface dynamics in a laboratory scale setup. Coupled electromagnetics and fluid dynamics numerical models are developed and are verified using experimental measurements. The main goal is to conduct a parametric study of free surface dynamics depending on different parameters, such as magnet rotation frequency and magnet distance to the melt. Numerical results agree well to the experiments and show that maximum surface deformation height is proportional to the magnet rotation frequency. Notable free surface oscillations are observed for large magnet rotation frequencies, modelling of which requires precise turbulence models.