Многофункциональный плавильный агрегат на основе индукционной тигельной печи для переработки металлургических отходов
Аннотация
В данной работе исследовались электромагнитные и гидродинамические процессы в многофункциональном плавильном агрегате (МПА) с использованием магнитогидродинамического (электромагнитного) вращателя. Рассматриваемая нами модель имеет некоторые особенности, так, её одновитковые секции обмотки проходят через ось вращения из паза в противоположный паз. Вращатель рассматривается в виде линейной индукционной машины с некоторыми корректировками, например, отсутствием краевой зоны, т. е. замыканием магнитопровода на самого себя. Магнитные и электрические свойства материалов в пределах каждого участка слоя расчетной области неизменны.
Целью работы является математическое моделирование электромагнитных и гидродинамических процессов в расплаве и вращателе, а также верификация полученных результатов методом компьютерного моделирования.
При исследовании был использован графитовый тигель диаметром ёмкости плавильного агрегата 0,11 метра. Тигель устанавливается непосредственно на вращатель. Толщина пода тигля составляет 0,025 метра. Высота расплава в плавильной камере составляет 0,07 метра.
Для решения электромагнитной задачи использовались детализированные схемы замещения с шагом зубцового деления. Для упрощения задаемся источником переменного тока силой 400 A, 150 Гц, при этом разбиваем область от индуктора вверх по оси на 25 слоёв, задавая каждому соответствующие свойства. Для гидродинамической задачи вводится новая конечноразностная сетка, формируется массив усилий и начальных скоростей. Дополнительно задаются граничные условия, плотность и динамическая вязкость расплавленного металла. Расчет скоростей носит характер итерационных вычислений и корректировок на каждой последующей стадии.
Для верификации результатов математического расчета использовался второй метод компьютерного моделирования с помощью полевого пакета COMSOL Multiphysics. Тип задачи, в которой исследовались электромагнитные процессы – AC/DC Magnetic Field(mf) interface. Рассчитанные параметры передаются в гидродинамический блок, тип которого называется TurbulentFlow.
В конечном итоге получаем в первом слое расплава: энергетические показатели; распределение удельных объемных усилий до 1500 H; распределение индукции до 0,001 Тл; распределение плотности тока до 4,5∙105 А/мм2. На выходе получаем поле скоростей до 0,75 м/с вдоль стенок тигля, а также образованную лунку глубиной 0,22 метра. Это активно способствует интенсификации массообменных реакций и ускорению процессов переработки металлургических отходов с наименьшими издержками. При этом расчет в среде MathCAD занимает пару минут, в то время как в COMSOL Multiphysics задача решалась порядка 5 – 6 часов. Можно сказать, что по первому методу можно с достаточной точностью оценить процессы в МПА. Для прикидочного расчета первый метод пригодный. Чтобы получить более детальную картину следует воспользоваться полевым пакетом.
Целью работы является математическое моделирование электромагнитных и гидродинамических процессов в расплаве и вращателе, а также верификация полученных результатов методом компьютерного моделирования.
При исследовании был использован графитовый тигель диаметром ёмкости плавильного агрегата 0,11 метра. Тигель устанавливается непосредственно на вращатель. Толщина пода тигля составляет 0,025 метра. Высота расплава в плавильной камере составляет 0,07 метра.
Для решения электромагнитной задачи использовались детализированные схемы замещения с шагом зубцового деления. Для упрощения задаемся источником переменного тока силой 400 A, 150 Гц, при этом разбиваем область от индуктора вверх по оси на 25 слоёв, задавая каждому соответствующие свойства. Для гидродинамической задачи вводится новая конечноразностная сетка, формируется массив усилий и начальных скоростей. Дополнительно задаются граничные условия, плотность и динамическая вязкость расплавленного металла. Расчет скоростей носит характер итерационных вычислений и корректировок на каждой последующей стадии.
Для верификации результатов математического расчета использовался второй метод компьютерного моделирования с помощью полевого пакета COMSOL Multiphysics. Тип задачи, в которой исследовались электромагнитные процессы – AC/DC Magnetic Field(mf) interface. Рассчитанные параметры передаются в гидродинамический блок, тип которого называется TurbulentFlow.
В конечном итоге получаем в первом слое расплава: энергетические показатели; распределение удельных объемных усилий до 1500 H; распределение индукции до 0,001 Тл; распределение плотности тока до 4,5∙105 А/мм2. На выходе получаем поле скоростей до 0,75 м/с вдоль стенок тигля, а также образованную лунку глубиной 0,22 метра. Это активно способствует интенсификации массообменных реакций и ускорению процессов переработки металлургических отходов с наименьшими издержками. При этом расчет в среде MathCAD занимает пару минут, в то время как в COMSOL Multiphysics задача решалась порядка 5 – 6 часов. Можно сказать, что по первому методу можно с достаточной точностью оценить процессы в МПА. Для прикидочного расчета первый метод пригодный. Чтобы получить более детальную картину следует воспользоваться полевым пакетом.