Rotējošu pastāvīgo magnētu ierosinātas turbulentas šķidra metāla plūsmas skaitliska modelēšana

Abstract

Promocijas darbā ir veikts analītisks, skaitlisks un eksperimentāls pētījums par rotējošu pastāvīgo magnētu (RPM) ierosinātām turbulentām plūsmām slēgtos traukos. Izmantojot eliptiskos integrāļus ir iegūts RPM inducētais spēks elektrovadošos cilindros un gredzenos. Iegūts vienkāršots analītiskais atrisinājums ar dzenošā spēka radiālo atkarību, lai aprēķinātu plūsmas ātrumu cilindrā. Analītiskais atrisinājums sakrīt ar eksperimentiem un ar OpenFOAM un Elmer skaitliskajām simulācijām. Pētīta arī RPM ierosinātās radiālās strūklas nestabilitāte gredzena kanālā, kura noved pie bistabilitātes. Strūkla haotiski pārslēdzas starp ilglaicīgi noliegtu augšup vai lejup, kas var radīt problēmas turbulences modeļiem. Eksperimentāli bistabilitāte ir novērota gredzenā ar caurspīdīgu elektrolītu, taču ne tik pārliecinoši kā skaitliskajā simulācijā.

This thesis investigates a rotating permanent magnet (RPM) generated turbulent flow in a closed volume. Analytical, experimental, and numerical approaches are employed. The force generated by the RPM in a conducting cylinder or ring is solved using elliptic integrals. A simplified analytical solution incorporates radial dependency of the driving force to calculate flow velocity in a cylinder. Analytical solution agrees with experiments and numerical simulations using OpenFOAM and Elmer. The thesis also explores RPM generated radial jet instability in a ring channel, leading to bistability. The jet chaotically switches between leaning up or down for long intervals, which poses challenges for turbulence models. The bistability is observed experimentally in a transparent electrolyte ring, although not as convincingly as in simulations.