ПЕРМЬ, 25 ноября. /ТАСС/. Ученые Института механики сплошных сред УрО РАН (филиал ПФИЦ УрО РАН) создали экспериментальную установку, в которой при помощи магнитного поля генерируются сложные закрученные потоки в жидком металле. Например, разработка позволяет создавать сложные течения вроде вертикальных джетов и торнадо, что открывает новые возможности при создании устройств для перекачки жидкометаллических теплоносителей на АЭС или для управления качеством литья на производстве, сообщили ТАСС в пресс-службе Минобрнауки РФ.
"Закрученные потоки жидкости и газа нашли широкое применение в современной технике благодаря своим аэродинамическим, термодинамическим и гидромеханическим качествам, которые позволяют многократно интенсифицировать процессы энерго-, массо- и теплообмена. Удивительно, насколько богатый набор сценариев позволяет наблюдать наша установка: начиная от достаточно простых течений при небольших скоростях и заканчивая сложными течениями типа вертикальных джетов и торнадо. Изучение каждого из этих течений и понимание механизмов управления ими позволят оптимизировать процессы производства, подавляя нежелательные или создавая полезные эффекты", - рассказал научный сотрудник лаборатории технологической гидродинамики Института механики сплошных сред УрО РАН, кандидат физико-математических наук Андрей Мамыкин.
Как пояснили исследователи, расплавленные металлы, электролиты, жидкое ядро планет - это проводящие жидкости, течение которых существенно усложняется под действием внешнего магнитного поля. Изучением их движения занимается магнитная гидродинамика. Знание законов магнитной гидродинамики открывает возможности для создания новых устройств, например, насосов для перекачки жидкометаллических теплоносителей на атомных станциях. Также они позволяют управлять качеством литейной продукции, поскольку физические свойства конечного металлического изделия и его структура напрямую зависят от условий, при которых происходило его затвердевание.
Как аналог торнадо создается в жидком металле
Управлять потоком проводящей жидкости можно бесконтактно при помощи внешнего магнитного поля, создаваемого катушками с электрическим током. Меняя конфигурацию катушек, можно генерировать поле сложной геометрии, а подавая переменный ток, - создавать бегущую волну магнитного поля.
Этот принцип, как отметили в Пермском федеральном исследовательском центре УрО РАН, использовался при разработке лабораторной установки. В ее ядре находится цилиндрический сосуд, состоящий из двух частей разного диаметра. Такая геометрия воспроизводит, например, свойства ковша для непрерывного литья. Система катушек позволяет закручивать магнитное поле в ячейке в противоположных направлениях. Это позволило бесконтактно, с помощью магнитного поля, создать в ячейке с жидким металлом противоположно закрученные потоки.
"В такой системе может существовать целый спектр течений - вплоть до вихрей, напоминающих торнадо. Это интенсивные локализованные структуры, где в центре вращающегося слоя формируется сходящийся нисходящий поток. Кроме того, в системе обнаружены вертикальные джеты, струйные течения, возникающих без сквозной прокачки системы", - добавили в исследовательском центре.
По данным Минобрнауки РФ, установка создана учеными Института механики сплошных сред УрО РАН в рамках крупного научного проекта "Фундаментальная механика в новых материалах, конструкциях, технологиях".