Моделирование процессов перемешивания при электровихревых течениях расплава

Abstract

Приведена математическая модель и результаты численных исследований процесса перемешивания расплава электровихревыми течениями в установке с осесимметричными электродами с использованием метода переноса пассивной примеси. При оценке качества перемешивания проанализировано изменение во времени значений пяти критериев, характеризующих неоднородность расплава, построенных на основе подходов математической статистики. Показано, что при принятых условиях моделирования наиболее удобно использовать критерий, представляющий собой нормированное среднее линейное отклонение концентрации примеси. При моделировании оценена интенсивность турбулентной диффузии по сравнению с конвективным переносом примеси и молекулярной диффузией. Адекватность гидродинамических расчетов подтверждена путем сопоставления модельного поля скорости с экспериментальными данными.

The article describes a mathematical model and the results of numerical investigations of the melt mixing process by electro-vortex flows in a unit with axisymmetric electrodes, using the passive impurity transfer method. When assessing the quality of mixing, we analyzed the change in time of the values of five criteria characterizing the melt heterogeneity, constructed on the basis of mathematical statistics approaches. It is shown that under the accepted modeling conditions the criterion, representing the normalized mean linear deviation of the impurity concentration, is the most convenient to use. The simulations assess the intensity of turbulent diffusion in comparison with convective impurity transport and molecular diffusion. The adequacy of hydrodynamic calculations was confirmed by comparing the model velocity field with experimental data.