Экспериментальные исследования модели МГД-перемешивателя с постоянными магнитами для алюминиевых печей

Abstract

Статья посвящена физическому моделированию электромагнитных и гидродинамических процессов в жидком алюминии при воздействии на расплав МГД-перемешивателя с постоянными магнитами. Экспериментальная установка была выполнена с возможностью моделирования параметров, соответствующих реальным печам, в которых электромагнитное перемешивание необходимо для уменьшения времени плавки и достижения однородного состава и распределения температуры в расплаве алюминия. В отличие от используемых в настоящее время МГД-перемешивателей с трехфазным индуктором переменного тока в статье представлен новый энергосберегающий вариант создания бегущего магнитного поля с помощью индуктора с системой синхронно вращающихся цилиндрических магнитных диполей, образующих систему Halbach. Такой перемешиватель создает в жидком металле потоки с высоким уровнем нестационарных пульсирующих скоростей. Проведены измерения осредненных и пульсационных характеристик возникающих турбулентных течений и их взаимосвязь при различных режимах работы перемешивателя. Измерения всех трех компонент скорости проведены с помощью ультразвукового доплеровского анемометра и кондукционного анемометра со встроенным миниатюрным постоянным магнитом. Сравнение данных, полученных двумя способами, позволило с высокой надежностью оценить количественные характеристики значений скорости и использовать результаты экспериментов для анализа данных трехмерных численных расчетов перемешивающих потоков в крупномасштабных плавильных печах

A model experimental set-up was built aiming to ensure achievable similitude to large scale metal melting furnaces, where electromagnetic stirring is required to reduce the melting time and to achieve thermal and compositional uniformity. The widely used three-phase AC current linear travelling magnetic field inductor is substituted by a new energy-saving concept of a Permanent- Magnet (PM) inductor, consisting of a multitude of cylindrical dipoles, which form a Halbach array and are rotated synchronously. The stirrer creates a very unstable time-dependent flow pattern in the liquid metal pool. The turbulent local velocity was measured, delivering experimental data about time-averaged flow and turbulence intensity as well. Spatial components of velocity were measured by ultrasound Doppler anemometry and by a potential difference probe with an incorporated permanent magnet, delivering mutually verifying and complementary data with higher reliability. The experimental data might be used to validate the full three-dimensional numerical simulations of the stirring produced in actual large scale metal melting furnaces