Расчетный сопоставительный анализ однофазных перемешивателей жидкого металла

Abstract

Проведено компьютерное 3D моделирование электромагнитных и гидродинамических процессов в электромагнитной системе, состоящей из однофазного перемешивателя и жидкого металла, находящегося в ванне отражательной печи. Электромагнитная задача для такой системы решалась путем численного решения дифференциального уравнения для векторного магнитного и скалярного электрического потенциалов, а гидродинамическая - посредством решения уравнений Навье - Стокса для турбулентного течения жидкого металла с использованием k-ε модели. Рассмотрены конструктивные варианты перемешивателя в виде однофазных индукторов с П- и Ш-образными ферромагнитными сердечниками. Показано, что при равных ампервитках и питании их током промышленной частоты они создают практически одинаковые по структуре и интенсивности вихревые течения жидкого металла в ванне печи, однако при этом потребляемая полная мощность во втором случае примерно в 2 раза выше. Установлены существенные отличия этих индукторов по силовому воздействию на жидкий металл и характеру его движения в ванне печи при питании их током пониженной частоты (ниже 20 Гц).

Проведено комп'ютерне 3D моделювання електромагнітних і гідродинамічних процесів в електромагнітній системі, яка складається з однофазного перемішувача та рідкого металу, що знаходиться у ванні відбивної печі. Електромагнітна задача для такої системи розв’язувалася шляхом чисельного рішення диференціального рівняння для векторного магнітного та скалярного електричного потенціалів, а гідродинамічна – за допомогою рішення рівнянь Нав'є-Стокса для турбулентної течії рідкого металу з використанням k-ε моделі. Розглянуто конструктивні варіанти перемішувача у вигляді однофазних індукторів з П- і Ш-подібними феромагнітними осердями. Показано, що при рівних ампервитках і живленні їх струмом промислової частоти вони створюють практично однакові за структурою та інтенсивністю вихрові течії рідкого металу у ванні печі, хоча при цьому споживана повна потужність в другому випадку приблизно в 2 рази більша. Встановлено істотні відмінності цих індукторів по силовому впливу на рідкий метал і характеру його руху у ванні печі при живленні їх струмом зниженої частоти (нижче 20 Гц).

The computer 3D modelling of electromagnetic and hydrodynamic processes in electromagnetic system consisting of single-phase stirrer and liquid metal in bath reverberatory furnace is executed. The electromagnetic problem for such system is solved by numerical calculation of differential equations for the magnetic vector and scalar electric potentials. The hydrodynamic problem is solved by calculation of the Navies-Stokes equations for turbulent flow using the k-ε model. The stirrer design options in the form of single-phase inductor with П- and Ш-shaped ferromagnetic cores is considered. It is shown that at the same ampere-turns and feeding them commercial frequency current, they provide practically the identical vortex liquid metal flow in structure and intensity, although the total network power consumption in the second case approximately 2-fold higher The considerable differences between these inductors in power action on liquid metal and in nature of its motion in furnace bath were found at low supply current frequency (below 20 Hz).