Функциональные возможности электромагнитно-акустических преобразований в токовом режиме в металлическом расплаве

Abstract

УДК 537.528:621.3.017:534.21

На основе физически обоснованных оценок выявлены ключевые характеристики процессов последовательного электромагнитно-акустического преобразования (ЭМАП) энергии при протекании электрического тока через расплав для симметричной задачи. При этом учитываются параметры источника тока, электрического поля, магнитного поля и магнитного давления в скин-слое, параметры акустических возмущений в расплаве. Показано, что при постановке задачи ЭМАП в технологических приложениях ключевыми параметрами являются геометрия емкости с объектом обработки и материал формы, а при решении задачи – параметры скин-слоя и временная зависимость разрядного тока. Доля энергии при формировании магнитного давления в скин-слое составляет порядка от 10^-4 до 10^-2 от величины энергии, запасаемой в конденсаторной батарее генератора импульсного тока. Величина этой доли зависит от периода разрядного тока пропорционально T^1/2. При распространении акустических возмущений в расплаве основная доля потерь энергии определяется разницей акустических жесткостей материалов расплава и формы. Характеристики акустических возмущений в расплаве существенно зависят от периода тока и геометрии емкости. Частотные спектры давления звуковых волн при выбранных для анализа параметрах могут перекрывать диапазон до сотен килогерц, что является весомым основанием для реализации резонансных эффектов и активного формирования диссипативных структур. Акцентировано внимание на том, что эффекты ЭМАП проявляются в расплаве под воздействием не только акустического поля, но и электромагнитного в скин-слое. Они разделены по времени, но акустическое поле может занимать весь объем расплава, и его воздействие более продолжительно во времени.

Ключевые слова: электрический разряд, расплав, преобразование энергии, потери энергии, акустические волновые процессы, функциональные возможности.

The paper deals with a symmetric problem on the base of physically substantiated estimates of the processes of electromagnetic-acoustic transformations (EMAT) of energy during the flow of an electric current through a melt, the key parameters of the open problem of the system "Power source parameters – Parameters of the magnetic field and magnetic pressure of the skin layer – Parameters of acoustic disturbances". It was shown that the key parameter when formulating the EMAT problem in technological applications is the geometry of the container with the object of processing and the material of the form. And when solving the problem, they are the parameter of the skin layer and the time dependence of the discharge current. It was established that a part of energy during the formation of the magnetic pressure in the skin layer from the amount of the energy stored in the capacitor bank of the pulse current generator is on the order of 10^-4–10^-2. The value of this part depends on the period of the discharge current and is proportional to the T^1/2. When acoustic disturbances propagate in a melt, the main share of energy losses is determined by the difference in the acoustic stiffness of the melt and the shape of materials. The frequency spectra of the pressure of sound waves at the parameters selected for the analysis can cover the range of up to hundreds kHz, which is a good reason for the realization of resonance effects and the active formation of dissipative structures. Attention is focused on the fact that EMAT effects are manifested in the melt not only under the influence of an acoustic field, but also under that of an electromagnetic one in the skin layer. They are separated in time, but the acoustic field can occupy the entire volume of the melt and its effect is longer in time.

Keywords: electric discharge, melt, energy conversion, energy losses, acoustic wave processes, functional capabilities.

Download full-text PDF. 286 downloads

Menu

Vol. 57 (2021), Issue 6, p. 60-71

Функциональные возможности электромагнитно-акустических преобразований в токовом режиме в металлическом расплаве

Abstract