Об измерении зависимости эффективной проводимости жидких металлов с твердыми частицами от объемной доли примеси

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Предложен и реализован способ экспериментального измерения эффективной проводимости ограниченного объема металлического расплава с примесью твердых хорошо проводящих частиц в зависимости от объемной доли примеси в диапазоне от нуля до семи процентов. Проведено сравнение с известными теоретическими зависимостями для эффективной проводимости. Показано, что ни одна из рассмотренных моделей не обеспечивает даже качественного согласия с экспериментом. На экспериментальной кривой можно выделить несколько участков с различными зависимостями проводимости от объемной доли примеси. Экспериментальные данные аппроксимированы аналитическими функциями, позволяющими использовать полученные результаты для численного моделирования МГД-процессов.

Полный текст

Доступ закрыт

Об авторах

Г. Л. Лосев

Институт механики сплошных сред Уральского отделения РАН

Автор, ответственный за переписку.
Email: losev.g@icmm.ru
Россия, Пермь

Р. С. Окатьев

Институт механики сплошных сред Уральского отделения РАН

Email: losev.g@icmm.ru
Россия, Пермь

Список литературы

  1. Šċepanskis M., Jakoviċs A., Nacke B. Homogenization of non-conductive particles in EM induced metal flow in a cylindrical vessel // Magnetohydrodynamics. 2010. 46. № 4. P. 413–424.
  2. Timofeev V., Pervukhin M., Vinter E., Sergeev N. Behavior of non-conducting particles in molten aluminium cast into electromagnetic molds // Magnetohydrodynamics. 2020. 56. № 4. P. 459–472.
  3. Нигматулин Р.И. Динамика многофазных сред. Ч. I. М.: Наука. 1987.
  4. Syamlal M., O’Brien T.J. Simulation of granular layer inversion in liquid fluidized beds // International Journal of Multiphase Flow. 1988. 14. № 4. P. 473–481.
  5. Garside J., Al-Dibouni M.R. Velocity-voidage relationships for fluidization and sedimentation in solid-liquid systems // Industrial & Engineering Chemistry Process Design and Development. 1977. 16. № 2. P. 206–214.
  6. Wang M., Pan N. Predictions of effective physical properties of complex multiphase materials // Materials Science and Engineering: R: Reports. 2008. 63. № 1. P. 1–30.
  7. Dobychin E. I., Popov V. I. Force action of an electromagnetic field on the particles of an inhomogeneous medium // Magnetohydrodynamics. 1971. 7. № 2. P. 163–166.
  8. Zimmerman R. W. Thermal conductivity of fluid-saturated rocks // Journal of Petroleum Science and Engineering. 1989. 3. № 3. P. 219–227.
  9. Bruggeman D. A. G. Berechnung verschiedener physikalischer konstanten von heterogenen substanzen. i. dielektrizitätskonstantenund leitfähigkeiten der mischkörper aus isotropen substanzen // Annalen der Physik. 1935. 416. № 7. P. 636–664.
  10. Landauer R. The electrical resistance of binary metallic mixtures // Journal of Applied Physics. 1952. 23. № 7. P. 779–784.
  11. Garnett J.C.M. Colors in metal glasses and in metallic films // Philosophical Transactions of the Royal Society of London. Series A. 1904. 203. P. 385–420.
  12. Markel V. A. Introduction to the maxwell garnet approximation: tutorial // Journal of the Optical Society of America A. 2016. 33. № 7. P.1244.
  13. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Том 8. Электродинамика сплошных сред. М.: ФИЗМАТЛИТ. 2005.
  14. Belyaev B.A., Tyurnev V.V. Electrodynamic calculation of effective electromagnetic parameters of a dielectric medium with metallic nanoparticles of a given size // Journal of Experimental and Theoretical Physics. 2018. 127. № 4. P. 608–619.
  15. Hamilton R.L., Crosser O.K. Thermal conductivity of heterogeneous two-component systems // Industrial & Engineering Chemistry Fundamentals. 1962. 1. № 3. P. 187–191.
  16. Hamilton R.L. Thermal conductivity of heterogeneous mixtures. Ph.D. Dissertation. University of Oklahoma. 1960.
  17. Fricke H. A mathematical treatment of the electric conductivity and capacity of disperse systems I. the electric conductivity of a suspension of homogeneous spheroids // Physical Review. 1924. 24. № 5. P. 575–587.
  18. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Теоретическая физика. Т. 10. Физическая кинетика. М.: ФИЗМАТЛИТ. 2002.
  19. Gao L., Gu J. Z. Effective dielectric constant of a two-component material with shape distribution // Journal of Physics D: Applied Physics. 2002. 35. № 3. P. 267–271.
  20. Повх И.Л., Капуста А.Б., Чекин Б.В. Магнитная гидродинамика в металлургии. М.: Металлургия. 1974.
  21. Арнольдов М.Н., Ивановский М.Н., Субботин В.И., Шматко Б.А. Влияние диссоциирующих и термически прочных газовых примесей на электросопротивление щелочных металлов // Теплофизика высоких температур. 1967. 5. № 5. P. 812–816.
  22. Лившиц Б.Г., Крапошин В.С., Липецкий Я.Л. Физические свойства металлов и сплавов. М.: Металлургия. 1980.
  23. Blake L.R., Eames A.R. Electrical-resistivity meter monitors oxygen content of liquid metals // Nucleonics (U.S.) Ceased publication. 1961. 19. № 5. P. 5.
  24. McPheeters C., Williams J. A comparison of three methods of oxygen concentrationmeasurement in sodium // Alkali metal coolants. 1966. P. 429–448.
  25. Козлов Ф.А., Волчков Л.Г., Кузнецов Э.К., Матюхин В.В. Жидкометаллические теплоносители ЯЭУ очистка от примесей и их контроль. М., Атомиздат. 1983.
  26. Багдарасов Ю.Е. Технические проблемы реакторов на быстрых нейтронах. М., Атомиздат. 1969.
  27. Фирсова Э.В. Исследование теплообмена и гидравлического сопротивления при продольном обтекании пучка труб водой // Инженерно-физический журнал. 1963. 6. P. 17.
  28. Leenov D., Kolin A. Theory of electromagnetophoresis. I. Magnetohydrodynamic forces experienced by spherical and symmetrically oriented cylindrical particles // The Journal of Chemical Physics. 1954. 22. № 4. P. 683–688.
  29. Озерных В.С., Колесниченко И.В., Фрик П.Г. Течение в жидком металле под действием электромагнитных сил вблизи сферической частицы с отличающейся электропроводностью // Вычислительная механика сплошных сред. 2022. 15. № 3. P. 354–362.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать
2. Рис. 1. Схема экспериментальной установки (общий вид – слева, в разрезе – справа): 1 – магнитопровод; 2 – катушки электромагнита; 3 – ячейка; 4 – токоподводы; 5 – жидкий металл; 6 – рычаг; 7 – грузик; 8 – весы.

Скачать (73KB)
Метаданные
3. Рис. 2. Зависимость электромагнитной силы от объемной доли медных частиц (для наглядности экспериментальные точки соединены пунктирной линией).

Скачать (450KB)
Метаданные
4. Рис. 3. Зависимость эффективной проводимости сплава GaZnSn от объемной доли твердых медных частиц. Черными квадратами отмечены экспериментальные значения (для наглядности точки соединены пунктирной линией), сплошными линиями отмечены указанные в легенде модельные зависимости (цифры соответствуют номерам формул, приведенным в тексте статьи).

Скачать (121KB)
Метаданные
5. Рис. 4. Аппроксимация зависимости эффективной проводимости от объемной доли примесных частиц кусочной функцией

Скачать (70KB)
Метаданные
6. Рис. 5. Схема растекания тока в жидкой среде с примесью твердых хорошо проводящих частиц

Скачать (175KB)
Метаданные

© Российская академия наук, 2024

Данный сайт использует cookie-файлы

Продолжая использовать наш сайт, вы даете согласие на обработку файлов cookie, которые обеспечивают правильную работу сайта.

О куки-файлах