Численное моделирование индукционных насосов
Аннотация
Объектом исследования являются плоские линейные индукционные насосы двухстороннего исполнения.
Предметом исследования являются магнитогидродинамические процессы, возникающие в потоке электропроводящей жидкости под действием бегущего электромагнитного поля и математические модели, описывающие их.
Научная новизна:
1.
Уточнены диапазоны критериев подобия в которых возможно использовать ряд допущений, уменьшающих вычислительную сложность при расчете электромагнитного поля в ПЛИН, а именно использование: двумерной постановки с коэффициентом учета поперечного краевого эффекта; квазистатической формулировки электромагнитного поля с/без учета пространственного перемещения бегущей электромагнитной волны во времени; различного сеточного масштаба для электромагнитной и гидродинамической задачи.
2.
Впервые Определен характер воздействия конструктивных особенностей ПЛИН на магнитогидродинамическое течение проводящей жидкости, а
именно влияние: электропроводности стенок канала, краевых и
толщинного эффектов, наличие временных гармоник в электромагнитном поле.
3.
Разработан новый алгоритм расчете распределения электромагнитного поля ПЛИН на основе модели пониженного порядка при в связанной магнитогидродинамической задаче
Теоретическая и практическая значимость работы.
Теоретическая значимость работы. Проведен анализ и исследование магнитогидродинамических процессов, протекающих в плоских линейных индукционных насосах, с использованием численного моделирования. Произведен синтез моделей на основе численного подхода и уменьшения степеней свобод расчетной модели, посредством проецирования на пространство меньшей размерности, при решении дифференциальных уравнений в частных производных.
Практическая значимость работы. Результаты численных исследований, изложенных в диссертации применимы при эксплуатации и разработке опытных образцов плоских линейных индукционных насосов. Сформированные диапазоны критериев подобия при выборе тех или иных допущений при создании численных моделей могут быть использованы при проектировании, что в перспективе ускорит данный процесс. Разработанный алгоритм на основе пониженного порядка ускоряет множественные расчёты, которые могут быть необходимы, например при параметрической оптимизации проектируемого ПЛИН.
Методология и методы исследования. Расчет магнитных и гидродинамических полей проводился с помощью метода конечных элементов (МКЭ) в программном комплексе Elmer и метода конечных объёмов (МКО) в OpenFOAM, соответственно. Связь двух программных пакетов осуществлялась свободно распространяемой библиотекой EOF-library. Применение модели пониженного порядка для расчета распределения электромагнитного поля осуществлено с помощью, написанной на языках программирования Fortran и Python процедуры.
Предметом исследования являются магнитогидродинамические процессы, возникающие в потоке электропроводящей жидкости под действием бегущего электромагнитного поля и математические модели, описывающие их.
Научная новизна:
1.
Уточнены диапазоны критериев подобия в которых возможно использовать ряд допущений, уменьшающих вычислительную сложность при расчете электромагнитного поля в ПЛИН, а именно использование: двумерной постановки с коэффициентом учета поперечного краевого эффекта; квазистатической формулировки электромагнитного поля с/без учета пространственного перемещения бегущей электромагнитной волны во времени; различного сеточного масштаба для электромагнитной и гидродинамической задачи.
2.
Впервые Определен характер воздействия конструктивных особенностей ПЛИН на магнитогидродинамическое течение проводящей жидкости, а
именно влияние: электропроводности стенок канала, краевых и
толщинного эффектов, наличие временных гармоник в электромагнитном поле.
3.
Разработан новый алгоритм расчете распределения электромагнитного поля ПЛИН на основе модели пониженного порядка при в связанной магнитогидродинамической задаче
Теоретическая и практическая значимость работы.
Теоретическая значимость работы. Проведен анализ и исследование магнитогидродинамических процессов, протекающих в плоских линейных индукционных насосах, с использованием численного моделирования. Произведен синтез моделей на основе численного подхода и уменьшения степеней свобод расчетной модели, посредством проецирования на пространство меньшей размерности, при решении дифференциальных уравнений в частных производных.
Практическая значимость работы. Результаты численных исследований, изложенных в диссертации применимы при эксплуатации и разработке опытных образцов плоских линейных индукционных насосов. Сформированные диапазоны критериев подобия при выборе тех или иных допущений при создании численных моделей могут быть использованы при проектировании, что в перспективе ускорит данный процесс. Разработанный алгоритм на основе пониженного порядка ускоряет множественные расчёты, которые могут быть необходимы, например при параметрической оптимизации проектируемого ПЛИН.
Методология и методы исследования. Расчет магнитных и гидродинамических полей проводился с помощью метода конечных элементов (МКЭ) в программном комплексе Elmer и метода конечных объёмов (МКО) в OpenFOAM, соответственно. Связь двух программных пакетов осуществлялась свободно распространяемой библиотекой EOF-library. Применение модели пониженного порядка для расчета распределения электромагнитного поля осуществлено с помощью, написанной на языках программирования Fortran и Python процедуры.