Электровихревое течение в прямом плоском канале с ферромагнитными сердечниками

И.В. Колесниченко, С.Ю. Хрипченко (Пермь)

В данной работе исследуется течение электропроводной жидкости в длинном канале. У канала прямоугольное поперечное сечение, причем ширина намного больше толщины. Через канал течет электрический ток. Вихревые электромагнитные силы возникают вследствие взаимодействия электрического тока и магнитного поля тока, которое усиливается в зазоре между надетыми на канал ферромагнитными сердечниками. Электромагнитные силы лежат в плоскости канала и направлены перпендикулярно его длинным стенкам. Под действием этих сил возникает электровихревое течение (ЭВТ) жидкости.

В стопорном режиме (когда закрыты вход и выход канала), если сердечники расположены перпендикулярно длинным стенкам, то возникает симметричное ЭВТ, которое не вызывает перепад давления между входом и выходом. Если же сердечники расположить под углом, то в стопорном режиме может возникнуть перепад давления из-за несимметрии ЭВТ. Если через канал организовано транзитное течение под действием внешнего перепада давления, то при некоторых значениях параметров, ЭВТ может так исказить линии тока, что вдоль них появится проекция электромагнитных сил. Такое нелинейное взаимодействие электровихревого и транзитного течений может привести к снижению гидравлического сопротивления канала, что выражается либо в увеличении расхода через канал при заданном внешнем перепаде давления, либо к уменьшению перепада давления при заданном расходе. Другими словами, в канале возникнет «насосный» эффект.

Этот эффект исследуется теоретически и экспериментально. Теоретическая часть заключается в численном исследовании математической модели процессов в канале. Модель построена на основе уравнений магнитной гидродинамики в приближении плоского слоя и в безындукционном приближении. Исследования показали, что эффект возникает в узком диапазоне параметров. На него влияют размеры, форма, количество и порядок расположения сердечников, а также их угол наклона к длинной стенке канала. Для экспериментального исследования выполнена установка, состоящая из канала, токоподводящих электродов, и ферромагнитных сердечников. Внешний постоянный перепад давления обеспечивается сосудом Менделеева. На выходе из канала измеряется расход.

Работа выполнена в рамках проекта МНТЦ №2021 и при поддержке Американского фонда гражданских исследований и развития (АФГИР) (грант № РЕ-009-0).