Моделирование электровихревых течений в жидких металлах

Ассистент Е. А. Михайлов

Экспериментальная установка

В настоящее время в металлургии достаточно популярен электрошлаковый переплав, при котором специальная ванна, содержащая металл, нагревается с помощью электрического тока. Ввиду того, что плотность тока отличается в разных частях ванны, возникают вихревые течения расплавленного металла. Изучение подобных течений важно, поскольку они влияют на долговечность применяемых технических устройств.

Не менее полезно исследование подобных течений и с фундаментальной точки зрения. Попытки воспроизведения в лабораторных условиях работы динамо – механизма объясняющего наличие магнитного поля у Земли, Солнца и галактик - как правило, связаны с использованием жидких металлов. Электровихревые течения и их структура играют ключевую роль в объяснении процессов генерации магнитных полей в таких случаях.

Работа по изучению электровихревых течений ведется совместно с коллегами из Объединенного института высоких температур  Российской академии наук (ОИВТ РАН), где на протяжении долгого времени проводятся как теоретическое, так и экспериментальное исследование данного явления. В ходе нашего сотрудничества удалось добиться определенных успехов в математическом моделировании электровихревых течений.

Мы будем очень рады, если кого-то из студентов заинтересуют темы исследований, связанные с изучением ЭВТ. Важно, что в данном случае все полученные теоретические результаты могут быть проверены с помощью установки, находящейся в ОИВТ РАН, а также имеют перспективы практического применения.

Схема экспериментальной установки

Эксперимент в ОИВТ РАН

Экспериментальные исследования в ОИВТ РАН ведутся на установке следующей конструкции: рабочим участком является полусферическая медная ёмкость радиусом r₂=94 мм, служащая большим электродом, заполненная эвтектическим сплавом индий – галлий – олово с содержанием по весу Ga — 67%, In — 20.55%, Sn — 12.5%, имеющим следующие основные физические свойства: температура плавления T_пл = 10.5 °С, плотность ρ = 6482 кг/м³, вязкость ν = 4.3×10^-7 м²с^-1, проводимость σ = 3.3×10⁶ См. В центре полусферы размещается выполненный из меди или нержавеющей стали малый электрод, имеющий форму цилиндра с полусферическим окончанием радиусом r₁ = 2.5 мм. Электропитание стенда осуществляется от источника постоянного тока, разработанного на основе трехфазного выпрямителя.