Дослідження характеристик електромагнітних полів методами імітаційного моделювання у багатоелектродних системах із застосуванням суперпозиції струмів при обробці розплавів

Для поліпшення якості литого металу у технологіях ливарного виробництва виконують обробку розплаву різними електротехнологічними методами. Одним із них є метод кондукційної електрострумової обробки одночасно різними типами струмів (М-С). Такий підхід дозволяє суттєво розширити функціональні можливості обробки розплаву електричним струмом. Але, у цьому випадку виникає проблема врахування різних модифікацій параметрів системи «типи струмів − типи електродних систем». Методи імітаційного моделюванні процесів для М-С дозволяють первинно визначити найбільш ефективні варіанти їх сполучення. Враховуючи складність процесів при М-С, для визначення можливих сценаріїв їх розвитку, на першому етапі логічно застосовувати спрощені підходи до моделювання. Актуальною, при цьому, постає наступна мета досліджень. Методами математичного моделювання в азимутальній 2D постановці визначити особливості розподілу електромагнітного поля та характеристик силового впливу в розплаві ливарного доевтектичного алюмінієво-кремнієвого сплаву при обробці його суперпозицією електричних струмів при використанні багатоелектродних систем. Досліджувалось застосування для одночасної обробки трьох типів струмів: AC, DC та їх суперпозиція (S) при двох типах електродних систем. Дві пари електродів, розташованих на однаковій відстані практично у центрі ємності з розплавом, та різнорознесені пари електродів. Для моделювання використовували систему рівнянь Максвела та Нав’є – Стокса. Отримані результати показали суттєву якісну різницю для випадку чотириелектродної системи у процесі формування як базових електричного і магнітного поля, так і поля дії електромагнітної сили. В усіх випадках спостерігаються суттєво непотенціальні поля. Зміна тільки типу електродної системи дає змогу без додаткових енерговитрат суттєво змінювати просторову конфігурацію електромагнітного поля, а, значить, поля сил та, відповідно, течій. Кількісний аналіз характеристик електромагнітного поля показав, що при одночасному застосуванні AC та DC, на відміну від DC та DC, незалежно від типу електродної системи, у центрі ємності формується коливальний режим з ознаками резонансу для напруженості магнітного поля за рахунок не синфазних різночастотних струмів. Для S та DC імпульсний струм (IS) згладжує низькочастотні коливання DC, збільшуючи амплітуду напруженості магнітного поля. Таким чином, для практичного використання можна рекомендувати застосування струмів AC та DC, а також S та DC. У експериментальній роботі [9] саме ці типи струмів показали суттєве підвищення властивостей виливка.

Опис

Дослідження характеристик електромагнітних полів методами імітаційного моделювання у багатоелектродних системах із застосуванням суперпозиції струмів при обробці розплавів = Investigation of electromagnetic field characteristics by simulation modelling in multi-electrode systems using current superposition in melt treatment / А. В. Іванов, А. В. Обрубов, М. В. Турти, І. Л. Вінніченко, В. М. Рябенький, О. О. Ушкаренко, Є. М. Верещаго // Зб. наук. пр. НУК. – Миколаїв : Гельветика, 2024. – № 4 (497). – С. 102–107.

Ключові слова

електрострумова обробка, алюмінієво-кремнієві сплави, металевий розплав, імітаційне моделювання, топологія електромагнітного поля, типи електродних систем, electric current treatment, aluminum-silicon alloys, metal melt, simulation modeling, electromagnetic field topology, types of electrode systems