Electromagnetically Driven Liquid Metal Flows with Strong Free Surface Dynamics

Abstract

Promocijas darbs veltīts skaitlisko modeļu izstrādei, izmantojot atvērtā koda programmatūru, dažādu elektromagnētiski ierosinātu šķidra metāla plūsmu ar izteiktu brīvas virsmas kustību modelēšanai. Modeļu validācijai tiek veikti laboratorijas eksperimenti, kas atklāj interesantas brīvās virsmas dinamikas atkarībā no sistēmas parametriem, sākot no relatīvi stabilas deformācijas un svārstībām, ko izraisa līdzstrāvas (DC) vai zemas frekvences maiņstrāvas (AC) magnētiskais lauks, līdz daudzveidīgai virsmas dinamikai un nestabilitātēm augstfrekvences AC laukā. Šie efekti tika veiksmīgi notverti skaitliski, sniedzot ieskatu fizikālajos mehānismos. Papildus laboratorijas sistēmām, skaitliski tiek nodemonstrēta inovatīvā tiešās lentas liešanas procesa stabilizācija ar AC un DC magnētisko lauku

The thesis focuses on developing numerical models using open-source software to simulate different electromagnetically-driven liquid metal flows with pronounced free surface motion. The models are validated using laboratory experiments, which reveal interesting free surface dynamics depending on system parameters, ranging from relatively stable deformation and oscillations induced by direct current (DC) or low-frequency alternating (AC) magnetic field to diverse surface dynamics and instabilities in high-frequency AC field. These effects were successfully captured by the numerical models, providing an insight into the physical mechanisms. In addition to the laboratory systems, stabilisation of the innovative direct strip casting process using AC and DC magnetic field is demonstrated numerically.