Numerical investigation of the vortex formation in a liquid metal under the action of disk agitator | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2017. № 46. DOI: 10.17223/19988621/46/10

Numerical investigation of the vortex formation in a liquid metal under the action of disk agitator

A numerical study of the molten metal flow in a crucible under the action of a rotating agitator of a special shape has been performed. The turbulent flow field is described using the k-s turbulence model. The position of the air-liquid metal interface was determined by the VOF method. The set of governing equations written in the frame of reference associated with the rotating agitator was solved using the ANSYS Fluent software. The convergence of the numerical solution with a mesh refinement has been demonstrated. The patterns of the molten metal flow in the crucible for different agitator speeds of rotation have been obtained. The dependences of turbulent diffusion, size of turbulent eddies, and power criterion on the speed of rotation of the agitator have been defined. The effect of interaction between the metal-air interface and elements of the agitator on the flow pattern of molten metal in the crucible has been investigated. It is shown that the conditions under which elements of the agitator are completely immersed in the liquid metal are more favorable for the formation of small vortices than the conditions under which the liquid metal-air interface interacts with agitator elements.

Download file
Counter downloads: 224

Keywords

turbulence flow, disk agitator, diffusion coefficient, molten metal flow, коэффициент диффузии, дисковый завихритель, турбулентное течение, течение расплавленного металла

Authors

NameOrganizationE-mail
Khmeleva Marina GrigorievnaTomsk State Universitykhmelmg@gmail.com
Dammer Vladislav KhristianovichScientific Industrial Centre "Polyus"dammer.tomsk@yandex.ru
Tokhmetova Aigerim BauyrzhanovnaTomsk State Universityaiko050294@mail.ru
Min'kov Leonid LeonidovichTomsk State Universitylminkov@ftf.tsu.ru
Всего: 4

References

ANSYS FLUENT Tutorial Guide: Release 14.0. 2011. ANSYS Inc.
Гарбарук А.В., Стрелец М.Х., Шур М.Л. Моделирование турбулентности в расчетах сложных течений: учебное пособие. СПб: Изд-во Политехнич. ун-та, 2012. 88 с.
Заявка на патент № 2016130836 РФ. Устройство для смешения жидкостей и порошков с жидкостью / Ворожцов А.Б., Архипов В.А., Шрагер Э.Р., Даммер В.Х., Ворожцов С.А., Хмелева М.Г. Заявлено 26.07.2016.
Youngs D.L. Time-dependent multi material flow with large fluid distortion // Morton K.W., Baines M.J. (eds.). Numerical Modeling for Fluid Dynamics. New York: Academic Press, 1982. P. 273-285.
Патанкар С.В. Численные методы решения задач теплообмена и динамики жидкости. М.: Энергоатомиздат, 1984. 152 с.
Torre J.P., Fletcher D.F., Lasuye T. andXuereb C. An experimental and computational study of the vortex shape in a partially baffled agitated vessel // Chemical Engineering Science. 2007. V. 62. P. 1915-1926.
Hristov H.V., Boden S., Hampel U., Kryk H., Hessel G., Schmitt W. A study on the two-phase flow in a stirred tank reactor agitated by a gas-inducing turbine // Chemical engineering research and design. 2008. V.86. P. 75-81.
КафаровВ.В. Основы массопередачи. М.: Высшая школа, 1962. 655 с.
Стренк Ф. Перемешивание и аппараты с мешалками. Л.: Химия, 1975. 384 с.
Брагинский Л.Н., Бегачев В.И., Барабаш В.Н. Перемешивание в жидких средах: Физические основы и инженерные методы расчета. Л.: Химия, 1984. 336 с.
Chhabra R.P., Richardson J.F. Non-Newtonian Flow and Applied Rheology. Engineering Applications. Oxford: Elsevier, 2008. 518 p.
Войтович Р., Липин A.A., Талага Я. О возможности использования различных моделей турбулентности для расчета гидродинамических и энергетических характеристик аппаратов с турбинными мешалками // Теоретические основы химической технологии. 2014. Т.48. № 4. С. 386-402.
Войтович Р., Липин А.А., Липин А.Г. Математическое моделирование гидродинамики смесителя с эксцентрически расположенной мешалкой // Изв. вузов. Химия и химическая технология. 2015. Т. 58. № 11. С. 83-86.
 Numerical investigation of the vortex formation in a liquid metal under the action of disk agitator | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2017. № 46. DOI: 10.17223/19988621/46/10

Numerical investigation of the vortex formation in a liquid metal under the action of disk agitator | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2017. № 46. DOI: 10.17223/19988621/46/10

Download full-text version
Counter downloads: 683