Исследование влияния неравномерного бегущего магнитного поля на характер магнитогидродинамических явлений в жидких металлах

В ходе выполнения проекта исследовались течения в расплаве GaSnZn в прямоугольной кювете, вызываемые электромагнитным полем трехфазного индуктора, в зависимости от параметров питающих токов. Для исследования использовался метод конечных элементов, производился расчет электромагнитных усилий и течений, вызываемыми ими. Полученные картины течений показывают вариативность в широких пределах, за счет изменения параметров питания индуктора можно достичь появления нескольких крупномасштабных вихрей, в том числе направленных в противоположные друг относительно друга стороны. Полученные результаты подтвержден экспериментально, для этого измерялись профили скоростей течений расплава GaZnSn в прямоугольной кювете, на которую действовало неравномерное бегущее магнитное поле, с помощью доплеровских анемометров, кроме того, измерялись параметры питающих токов. Показано, что возможно применение метода симметричных составляющих, для упрощения синтеза режимов работы индуктора и учета особенностей конструкции обмоток индуктора на характер течения расплава. При малом магнитном числе Рейнольдса и без насыщения магнитопровода возможно рассматривать суммарное магнитное поле как состоящее из 3-х: бегущего в основном направлении, бегущего в обратном и пульсирующего, создаваемые соответственно прямой, обратной и нулевой составляющей трехфазных токов. Основной вклад в движение вносит бегущее в основном направлении, бегущее в обратном ослабляет, а взаимодействие пульсирующего и бегущего приводит к развитию дополнительных течений в расплаве, причем влияние на характер течений оказывает фазовый сдвиг токов нулевой последовательности относительно прямой. Таким образом, для формирования стабильного одновихревого течения следует исключать нулевую из питания индуктора. Для создания сложных течений следует напротив, усиливать пульсирующее поле либо внося изменения в конструкцию индуктора, например, добавляя дополнительные обмотки индуктора, либо в режимы питания индуктора, например, поддерживая токи обмоток с помощью обратных связей. В качестве дополнительного исследования проведена оценка влияния электромагнитного поля на процессы горизонтальной кристаллизации, рассчитаны электромагнитные усилий, действующие на расплав в ходе горизонтальной кристаллизации в прямоугольной кювете при постоянной разнице температур боковых стенок, показано, что в ходе роста слитка удельное продольное электромагнитное усилие снижается, причем тем сильнее, чем меньше отношение электропроводности твердой и жидкой фазы. Получены аналитические зависимости удельного усилия от положения и формы фронта.