Введение к работе
"
Актуальность проблей. Развитие ядерной энергетики, в частности, освоение реакторов на бистрах нейтронах, стимулировало работы по теоретическому и экспериментальному исследовании электрофизических процессов в мо^мх индукционных магнктогидро-динамкческих малинах и устройствах, предназначенных для перекачивания и регулирования расхода теплоносителя в основных и вспомогательных контурах реактора. Расчеты показывают, что приме jeaHe для ато* цели,мощных ЫГД-маатн взамен механических насосов и дросселей надожнее и экономичней. Широкое применение Еидкометаллические индукционные ЫГД-устройства находят в *штая-лургической промышленности, в техника фааичоского оксперкмавта.
Тенденция расширения области применимости различных гздко-мвталлических ыТД-устройств, повышения их ыодаоата и издзк-ности делает актуальной проблему теоретического и експериментального исследования электромагнитных и гидроданЕКйчэкшх полей в каналах этих устройств.
Вашейзим фактором, определяющим свойства проектируемого ЫГД-устройства, является правильное представление о физических процессах, реализувщнхея в устройство, адекватное математическое описание их, и возможность численной реализации математической модели. Для повышения эффективности работы устройства необходимо при расчете отказаться ог часто используемых упрочений и учесть, по возмокаости, все факторы, влияющие на свойства физических палей. Таковыми.являются: сложная геометрия устройства, трехмерный характер физических полей (электромагнитного, теплового, гидродинамического), непрерывное распределение источников полей и т. д. Поэтому возникает необходимость развития уге известных и разработки новых методов расчета фазичаских полей в индукционных МГД-устройствах.
Цель работы. Целью работы является разработка моделей и методов расчета электромагнитных и гидродинамических полей в каналах индукционных гидкдаеталлических ЫГД - устройств, учиты-' ващих трехмерный характер этих шлей, турбулентность и сложнуо геометрию конструкции. Разработанные модели та. алгоритмы в
совокупности с программами, роэлазущпма их. на ЭВМ, др^мт слухать инструментом при проектировании ког5шг ?/ТД-нагзссі>, дросселей и других индукционных КГД-устройств. Эффективность разработанных методов иллюстрируется на примерах расчета локальных и интегральных характеристик индукционного плоского ^ГД-наеоса, предназначенного для перекачивания теплоносителя н основных контурах реактора на быстрых нейтронах.
Методика исследования. Для описания электромагнитных и гидродинамических полей в каналах индукционных зидксмэтапжчес-ких ЫГД-усгройств сформулирована краевые задачи, решение которых, как правило, представлено в ваде разложения по собственным функциам соответствующих операторов. Для вычисления . собственных функции и чисел предложены приближенные численные процедуры. Разработашше алгоритмы расчета полей и параметрах: устройств реализованы на ЭЕЧ.
Научная новизна и осиоыше полохання, выносимые на зааиту.
-
Сформулирована и решена задача расчета электромагнитного поля и интегральных параметров в канале плоской индукционной МГД-мазкш с учетом конкретной геометрии индуктора и обмотки, неоднородного распределения по.высоте канала скорости хихксме-твллнческого рабочего тела и его проводимости.
-
Предложена прибликошюл математическая модель плоской индукционной МТД-мвпшш , удовлетворительно для инженерных расчетов оппспвасцвя электрофизические процессы в канале.
-
Росена задача расчета двумерного осесиммагркчного элек- ' тромэгнитного поля в канале цилиндрической МГД-мааиш с учетом неравномерности распределения характористж среды по высоте канала. '':-'--, :с '::': .'.;'
-
Построен елторитм решения задачи расчете ялрктромагкит-кого поля в:плоскости, ортогональной магнитному поля индуктора, с учетом неоднородности электромагнитного поля по высоте кшада, то есть, в ігриб.таханной постановке решена задача расчета трехмерного, электромагнитного поля в канале ЫГД-машины.
-
Разработана полуэмпирическая алгебраическая модель тур-е^^йжгтаста для расчета МГД-точения гадкого металла в канала.
6. При некоторіхх упроцвнсда предполоквгкіях построено трансцендентное урашю!<тт для расчета расход-напорной характеристики МГД-мзпяпш, кссяягэпаны различные упрощения этого уравнения.
?. Разработан и реализован яь ЗЕЧ алгоритм расчета электромагнитного к турбулентного гидродинамического полой в канале ИГД-машинн, исследстш возшгяости использования различных моделей турбулентности.
8. Поставлена и решена задача о расчете влектромапштнаго поля и усилий в ускоряемом бегущим магнитным полом проводнике конечных размеров.
О помощьп разработанных моделей решен ряд зодзч, в результате чего установлено влияние различных конструктшпах особенностей на режимы работы мшшш, рзсечитаїш алзктрскагняпшо и гидродинамические поля и усилия в цилнндричзсжо:4 гЛ'Д-дроссеяз.
Практическая ценность и реализация результатов работы. Разработанные в диссертации математические моделі! и методы их "численного исследования позволят рассчитывать физические поля в МГД-устройствах с учетом их пространствегаюго распределения и составляет основу математического обеспечения, необходимого при конструировании таких устройств.
Предлогенше в диссертации алгоритмы расчета полой в каналах иядукциошшх мТД-ивбин были использованы в лаборатории магнитной гидродинамики ЭНИНв им. Г.М. Кргзшашвского при проектировании мощных насосов для перекачивания натрия в контурах реактора атомной электростанции, при проектировагаш кондукционно-го трехфазного малогабаритного магнитогидродшамичоского насоса переменного тока, а также для численного исследования электрофизических процессов в печах электроилакового переплава металла на металлургическом звводе "Красный октябрь" (Волгоград). Перечисленные исследования выполнялись в рамках хоздоговорных и госбодкетных работ по заказам предприятий и научно-исследовательского института.
По материалам диссертации читается два спецкурса для студентов физического факультета ВолГУ, они используются при выполнении курсовых и дипломных работ студентами, специализирую-
цошся по электрофизике.
Апробация работы. Осаошшэ результаты работы ' догадывалась:
на семинаре лаборатории МГД энергетического гчзтитута им. Т.К. Кржижановского в Харькове (1986 г.),
на первой Всесоюзной научной конференции по теоретической электротехнике (Ташкент, 1987 г.),
на 2~оЯ Республиканской научно-технической конференции "Интегральные уравнения в прикладном моделировании" (Киев, 1986 Г.),
на Всесоюзной научно-технической конференции по математическому моделированию в энергетике (Киев, 1990 г.),
на IV Всесоюзной научно-технической конференции по математическому моделированию и САПР радиоэлектронных и вычислительных систем СВЧ и КВЧ на ОИС (Волгоград, 1991 г.),
на научных конференциях Волгоградского государственного университета (1988 - 1992 г.г.),
на VI Межгосударственной школе-семинаре "Техника, теория, математическое модвлироваш'.е и САПР систем сверхбыстрой обработки информации:! па CMC СВЧ.и КВЧ" (Москва, 1992 г.),
на научном семинаре кафедр прикладной математики и теоретических основ 8локтротехники Новочерквсского политехнического института.
Публикация. По теме диссертации самостоятельно и в соавторстве опубликовано 19 работ.
Объем-и структура работы. Диссертация содержит оглавление, введение, четыре главы, заключение, приложения, список литературы из 103 наименования, изложенные на 286 страницах.
