关于气泡在LIMCA系统中变形的数值模拟

杨文志[1], 王晓东[1]
[1]中国科学院大学,北京,中国
Published in 2014

LIMCA技术是一种原位测量高温液态金属中杂质颗粒的方法。测量的原理为:在一个小孔内外设置一对电极,并且通以电流,这样可以在孔口附近形成一个电敏感区,当杂质经过电敏感区时,通过测量电压脉冲信号以检测杂质的信息。对硬质颗粒的LIMCA技术已经有了许多研究,但实际情况下有些颗粒如气泡是可变形的,这将损害LIMCA的精度。

模型使用了 COMSOL Multiphysics® 中的“层流两相流-相场”和“电磁场”模式,气泡和液态铝以相同的初始速度向相同方向运动,同时在液态导电金属中通以电流。由于流体和气泡是运动的,流动会受到洛伦兹力的影响,所以在流场中加入由电磁场计算得到的“mef.FLtzr”和“mef.FLtzz”作为体积力源项。同时流动结构的改变也会影响电磁场,两个物理场之间存在着强耦合,需要同时求解。

数值计算结果给出了在气泡变形情况下的流场、电磁场、压力场和感应力场的分布,并得到了球状气泡的变形情况。最后,我们给出了气泡变形情况下与硬颗粒不同的电阻脉冲的主要特征,该特征包括在峰值和电阻脉冲形状和气泡的瞬时运动时间。研究表明,使用LIMCA技术可以区分气泡和硬颗粒。

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