Трехмерное моделирование однофазного электромагнитного перемешивателя жидких металлов

Abstract

Представлена методика численного трехмерного моделирования электромагнитного поля и гидродинамики в системе “однофазный индуктор – ванна с жидким металлом”. Электромагнитная задача сформулирована относительно векторного магнитного и скалярного электрического потенциалов, гидродинамическая – в виде уравнений Навье-Стокса с использованием k-ε модели турбулентности. Задачи решались как в полной магнитогидродинамической постановке, так и в безындукционном приближении. Получены выражения для определения по результатам численных расчетов энергетических параметров системы. Исследованы энергетические и гидродинамические характеристики однофазного перемешивателя жидкого металла для отражательной печи в зависимости от частоты питания индуктора. Показано, что изменение частоты (в определенном диапазоне) существенно влияет на интенсивность и структуру течения металла в ванне печи.

Наведено методику чисельного тривимірного моделювання електромагнітного поля і гідродинаміки в системі "однофазний індуктор – ванна з рідким металом". Електромагнітна задача сформульована відносно векторного магнітного та скалярного електричного потенціалів, гідродинамічна – у вигляді рівнянь Нав'є-Стокса з використанням k-ε моделі турбулентності. Задачі вирішувалися як в повній магнітогідродинамічній постановці, так і в безіндукційному наближенні. Отримано вирази для визначення за результатами чисельних розрахунків енергетичних параметрів системи. Досліджено енергетичні та гідродинамічні характеристики однофазного перемішувача рідкого металу для відбивної печі в залежності від частоти живлення індуктора. Показано, що зміна частоти (у певному діапазоні) істотно впливає на інтенсивність і структуру течії металу у ванні печі.

The technique for numerical modeling of three-dimensional electromagnetic field and hydrodynamics in the system "single-phase inductor – bath with liquid metal" is presented. The electromagnetic problem is formulated for vector magnetic potential and scalar electric potential. Hydrodynamic problem has a form of the Navier-Stokes equations with turbulence k-ε model. The problems are solved bath in general MHD statement and in non-inductive approach. The expressions for the determination of the energy parameters of the system according to numerical calculations are obtained. The energy and the hydrodynamic characteristics of singlephase molten metal stirrer for reverberatory furnace are studied depending on frequency of inductor power supply. It is shown that the variation of the frequency (within a certain range) has a substantial influence on intensity and structure of metal flowing in the furnace bath.