Магнитное поле перемешало жидкий металл | Популярный Университет

Магнитное поле перемешало жидкий металл

Магнитное поле перемешало жидкий металл

Ученые предложили новую технологию управления конвективными потоками при кристаллизации, что позволяет влиять на микро- и макроструктуру затвердевающих расплавов. Исследуя галлий, сотрудники Уральского федерального университета и Ганноверского университета имени Лейбница выявили, что при перемешивании расплавленного металла бегущим электромагнитным полем энергопотребление сокращается вдвое, при этом сохраняются или улучшаются условия для получения качественного литого материала. Расчеты и экспериментальные данные представлены в журнале Metals.

Исследование состоит из двух этапов. Вначале ученые разработали математическую модель для процесса кристаллизации, затем проанализировали воздействие пульсирующего электромагнитного поля на характеристики металла. Опыты проводили на установках в Германии (исследование выполнено в рамках стипендии Президента РФ для обучения за рубежом). Изучали галлий — низкотемпературный металл, который плавится при комнатной температуре.  

«Жидкий металл можно перемешивать бесконтактно, электромагнитным полем, и получать нужную консистенцию. В последнее время появилась тенденция использовать пульсирующую или реверсивную модуляцию электромагнитного поля. Это позволяет увеличивать турбулентную кинетическую энергию без дополнительного энергопотребления или при его уменьшении, — поясняет аспирант кафедры электротехники УралЭНИН УрФУ Евгений Швыдкий. — Вместе с тем остается все еще много нерешенных вопросов, так как в процессе затвердевания происходит одновременно много взаимосвязанных процессов: гидродинамических, электромагнитных и кристаллизации. Проблема также в том, что металл — непрозрачный, и нельзя рассмотреть, что происходит внутри. Чтобы понять, как процессы тепло и массообмена взаимодействуют внутри, необходимо подключать матмоделирование». 

С помощью матмодели ученые смогли получить представление, как во время перемешивания и кристаллизации взаимодействуют механизмы, связанные с электромагнитным полем, гидродинамическими течениями, тепловым полем, фазовым переходом (из жидкого состояния в твердое), и другие. 

«Я разработал численную модель, которая описывает, как взаимодействие этих процессов влияет на рост кристаллов, то есть затвердевание металла. Эти данные помогли предсказать, какими механическими свойствами, необходимыми для индустрии, будет обладать металл», — говорит специалист.

Верифицировать модель помогли коллеги из Швейцарии. Ученые провели нейтронную радиографию — экспериментально просветили металл и посмотрели, как кристаллизуется металл. Опираясь на эту модель, ученые выявили, что применение пульсирующей составляющей снижает энергопотребление в два раза, при сохранении эффективности перемешивания и качества металла. Выяснили также, что чем выше скорость перемешивания при определенном магнитном поле, тем эффективнее технология.

Если вы нашли ошибку, пожалуйста, выделите фрагмент текста и нажмите Ctrl+Enter.

Поделиться
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  
  •  

Сообщить об опечатке

Текст, который будет отправлен нашим редакторам: