PROJEKTA NOSAUKUMS:

Skaitliskās modelēšanas pieeju izstrāde kompleksu multifizikālu mijiedarbības procesu izpētei elektromagnētiskajās šķidrā metāla tehnoloģijās


Projekta nosaukums: Skaitliskās modelēšanas pieeju izstrāde kompleksu multifizikālu mijiedarbības procesu izpētei elektromagnētiskajās šķidrā metāla tehnoloģijās

Projekta identifikācijas Nr. 1.1.1.1/18/A/108

Projekts tiek veikts Eiropas Reģionālā attīstības fonda (ERAF) darbības programmas “Izaugsme un nodarbinātība” 1.1.1. specifiskā atbalsta mērķa “Palielināt Latvijas zinātnisko institūciju pētniecisko un inovatīvo kapacitāti un spēju piesaistīt ārējo finansējumu, ieguldot cilvēkresursos un infrastruktūrā” 1.1.1.1. pasākuma “Praktiskās ievirzes pētījumi” 2. Kārtas ietvaros.

Projekta izpildes termiņš: 01.07.2019. — 30.06.2022.

Projekta zinātniskais vadītājs: Dr. fiz. Andris Jakovičs

Projekta finansējums:

Kopējais projekta finansējums ir 599 625,00 EUR  un no tā:

  • Eiropas Reģionālās attīstības fonda finansējums – 346583,24 EUR  apmērā;
  • valsts budžeta finansējums – 208 069,88 EUR apmērā;
  • Latvijas Universitātes un AS “LATVO” finansējums – 44 971,88 EUR apmērā.

Projekta mērķis: sekmēt energoefektīvu elektromagnētisko tehnoloģiju attīstīšanu un ieviešanu, lai samazinātu primāro energoresursu patēriņu un siltumnīcas gāzu emisiju materiālu ražošanā un atjaunojamo resursu enerģētikā.

Projekta galvenie rezultāti:

  1. oriģināli zinātniskie raksti, kas tiks iesniegti publicēšanai SCOPUS (A vai B) datubāzēs iekļautos žurnālos vai konferenču rakstu krājumos;
  2. zinātniskie raksti, kas tiks iesniegti publicēšanai žurnālos vai konferenču rakstu krājumos, kuru citēšanas indekss sasniedz vismaz 50 procentus no nozares vidējā citēšanas indeksa;
  3. tehnoloģiju tiesības – patents;
  4. tehnoloģiju tiesības – skaitliskie modeļi;
  5. citi pētījuma specifikai atbilstoši projekta rezultāti – dažādi pārskati, modelēšanas metodikas dokumentācija, metodiski apraksti, prezentācijas par iegūtajiem rezultātiem, protokoli un referāti no zinātniskajām konferencēm.

Galvenās projekta darbības rūpniecisko pētījumu ietvaros:

Lai sasniegtu projekta mērķi vispirms tiks atlasītas magnetohidrodinamisko (MHD) tehnoloģiju izpētes eksperimentālās un skaitliskās modelēšanas alternatīvās iespējas un veikta to priekšizpēte, lai izvēlētos piemērotākās pieejas, kas nodrošinās projekta rezultātu sasniegšanu. Pēc tam tiks veikta attiecīgo MHD procesu skaitliskajai modelēšanai nepieciešamo atvērtā koda programmatūras rīku (OpenFOAM, Elmer, getDP un/vai citu) modificēšana, piemērošana un tālāka attīstīšana, lai nodrošinātu adekvātu savstarpēji saistīto elektromagnētisko, hidrodinamisko, vielas un siltuma pārneses procesu atspoguļojumu, kā arī  nodrošinātu risinājumu ātrdarbību un precizitāti. Būtiska loma te būs EOF bibliotekas izmantošanai un divfāžu vides modelēšanas tehnoloģiju attīstīšanai. Līdztekus tam, skaitlisko modeļu un metožu verifikācijai tiks attīstītas arī aprēķinu pieejas un to automatizācijas iespējas, izmantojot pieejamo komerciālo modelēšanas programmatūru (ANSYS, un/vai COMSOL u.c.). Modeļi un programmas tiks pārbaudīti (verificēti) un izmantoti formulēto partikulāro MHD problēmu atrisināšanai. Paralēli tam tiks attīstītas un pilnveidotas eksperimentālās metodikas un tam nepieciešanās laboratorijas eksperimentu iespējas, lai varētu veikt izvēlētus modeļeksperimentus ar MHD plūsmām un tādējādi arī eksperimentāli verificēt izstrādātos modeļus un atvērtā koda programmatūras rīkus. Pēc šī darbu posma būs iespējams veidot kompleksus modeļus industriālu elektromagnētisko tehnoloģiju izpētei, implementējot tos atvērtā koda programmu izstrādnēs, kā arī veikt to pārbaudi izmantojot pieejamos eksperimentālos datus. Kā lietojumi, kuriem paredzēti skaitliskie pētījumi, te ir aktuāli elektromagnētiskās lentas liešanas procesi, gāzes burbuļu plūsmas vadība šķidrajā metālā izmantojot magnētisko lauku, metālu kausēšana līdzstrāvas loka krāsnī un elektrovadošu kausējumu homogenizācija, attīrīšana un reakciju intensifikācija. Būtisks uzdevums ir izanalizēt šo multifizikālo procesu mijiedarbību izstrādātajos kompleksajos modeļos un izpētīt attiecīgos nelineāros efektus. Tā rezultātā tiks veikti arī parametriskie procesu pētījumi, kas būtiski jaunu vai uzlabotu iekārtu konstruēšanai, un noteikti arī izmantojamo modeļu un aprēķinu metodiku būtiskie ierobežojumi. Veikto pētījumu rezultāti tiks atspoguļoti zinātniskajos referātos un publikācijās, tādējādi projekta izstrādnes padarot pieejamas plašam interesentu(pētnieku un inženiertehnisko speciālistu)  lokam.

 

Aktualitātes:

  • Projekta “Skaitliskās modelēšanas pieeju izstrāde kompleksu multifizikālu mijiedarbības procesu izpētei elektromagnētiskajās šķidrā metāla tehnoloģijās” (Nr. 1.1.1.1/18/A/108) pārskats par paveikto projekta ietvaros laika posmā no 01.07.2019 – 30.09.2019

    Šajā laika posmā projekta grupa ir paveikusi sekojošo:

    1. Projekta ietvaros notikuši zinātniskie semināri: nav noticis.
    2. Projekta dalībnieki ir devušies darba braucienos un uzstājušies ar referātu starptautiskā seminārā:

    — 30.06.2019 – 05.07.2019 projekta vadošais pētnieks A. Čudnovskis devās uz Franciju, lai vāktu informāciju Reimsas universitātē par MHD eksperimentālo un skaitlisko pētījumu stāvokli, metodēm un iespējām industriālu lietojumu vajadzībām projektu darbību īstenošanai. Tikās ar vadošajiem jomas ekspertiem.

    3. Šajā periodā tika īstenotas darbības nr. 1., 1.1., 1.2., 2., kurās paveikts sekojošais:

    — Tika vākta un apkopota informācija par pētāmo elektromagnētisko tehnoloģiju zinātniskās izpētes aktuālo stāvokli;

    — Tika uzsākta iegūtās informācijas analīze, lai atkasītu potenciāli perspektīvas eksperimentālo pētījumu nostādnes un metodes, kā arī skaitliskās modelēšanas pieejas turpmākajiem pētījumiem projekta ietvaros;

    Projekta vadošais pētnieks A. Čudnovskis
    30.09.2019

     

  • Projekta “Skaitliskās modelēšanas pieeju izstrāde kompleksu multifizikālu mijiedarbības procesu izpētei elektromagnētiskajās šķidrā metāla tehnoloģijās” (Nr. 1.1.1.1/18/A/108) pārskats par paveikto projekta ietvaros laika posmā no 01.10.2019 – 31.12.2019

    Šajā laika posmā projekta grupa ir paveikusi sekojošo:
    1. Projekta ietvaros notikuši zinātniskie semināri:

    13.12.2019 notika zinātniskais seminārs “Divfāžu plūsmas ar burbuļiem eksperimentālo datu apstrādes iespējas un to rezultāti”.

    2. Šajā periodā tika īstenotas darbības nr. 1., 1.1., 1.2., 2., 5. Aktivitāte 2 noslēdzas 31.12.2019. Tajās paveikts sekojošais:

    — Tika vākta un apkopota informācija par pētāmo elektromagnētisko procesu (elektrovirpuļplūsmas, gāzes burbuļu plūsmas šķidrā metālā un šķidrā metāla brīvās virsmas dinamika EM laukā) un ar tiem saistīto tehnoloģiju zinātniskās izpētes aktuālo stāvokli;

    — Tika veikta tādējādi iegūtās informācijas analīze un priekšizpēte, lai atlasītu potenciāli perspektīvos modeļus un skaitliskās modelēšanas pieejas turpmākajiem pētījumiem projekta ietvaros, kā arī eksperimentālo pētījumu metodes un nostādnes skaitliskās modelēšanas rezultātu verifikācijai;


    Projekta vadošais pētnieks A. Čudnovskis
    30.12.2019

  • Projekta “Skaitliskās modelēšanas pieeju izstrāde kompleksu multifizikālu mijiedarbības procesu izpētei elektromagnētiskajās šķidrā metāla tehnoloģijās” (Nr. 1.1.1.1/18/A/108) pārskats par paveikto projekta ietvaros laika posmā no 01.01.2020 – 31.03.2020

    Šajā laika posmā projekta grupa ir paveikusi sekojošo:

    1. Projekta ietvaros notikuši zinātniskie semināri:

    24.01.2020 notika zinātniskais seminārs “MHD burbuļu plūsma šķidrajā metālā – plūsmu kvantitatīvais raksturojums, īpašību interpretācija, izmantojot neitronu radiogrāfiju un skaitlisko modelēšanu”.

    2. Šajā periodā tika īstenotas darbības nr. 1., 1.1., 1.2., 5. Tajās paveikts sekojošais:

    — Tika vākta un apkopota informācija par pētāmo elektromagnētisko procesu (elektrovirpuļplūsmas, gāzes burbuļu plūsmas šķidrā metālā un šķidrā metāla brīvās virsmas dinamika EM laukā) un ar tiem saistīto tehnoloģiju zinātniskās izpētes aktuālo stāvokli;

    — Eksperimentālo un skaitliski iegūstamo divfāžu plūsmu attēlu apstrādes programmatūras rīku izstrāde, kas nodrošina maksimālo izšķirtspēju pētāmo procesu šķidrajos metālos kvantitatīvai analīzei trokšņaina signāla (rentgenogrāfija, neitronogrāfija) apstākļos. Atbilstošā projekta aktivitāte 5;

    — Pielāgots un pārbaudīts eksperimentālais aprīkojums testa eksperimentiem. Darbība nr. 5;

    — Iegādāts šķidrais metāls eksperimentu veikšanai.


    Projekta vadošais pētnieks A. Čudnovskis
    31.03.2020

  • Projekta “Skaitliskās modelēšanas pieeju izstrāde kompleksu multifizikālu mijiedarbības procesu izpētei elektromagnētiskajās šķidrā metāla tehnoloģijās” (Nr. 1.1.1.1/18/A/108) pārskats par paveikto projekta ietvaros laika posmā no 01.04.2020 – 30.06.2020

       Šajā laika posmā projekta grupa ir paveikusi sekojošo:
    1. Projekta ietvaros notikuši zinātniskie semināri:
    22.05.2020 notika zinātniskais seminārs, kurā prezentēti 2 referāti “MHD burbuļu plūsmu simulācijas” un “Objektu trajektoriju rekonstrukcija”.
    Veikti iepirkumi:
    Projektā iepirkts metālu sakausējums galinstāns.
    2. Šajā periodā tika īstenotas darbības nr. 1., 1.1., 1.2.,5., 6., 6.1., 6.2., 6.3. Tajās paveikts sekojošais:

    1. uzdevums — iegremdētie elektrodi (SE)
    • SE 1.1 — tika sagatavota atjaunināta MHD žurnāla raksta versija, kurā aprakstītas pieejas elektromagnētisko lauku izpētei un pirmie eksperimenti
    • SE 1.2. tiek apstrādāts pilns visu eksperimentālo, analītisko un aprēķināto (pēc ANSYS) rezultātu apraksts.
    • SE 1.3 — SEA eksperimentālās izpētes problēmas
    Tika iegūti pirmie aprēķinātie rezultāti siltuma masas nodošanas problēmas risināšanā. Tika veikts pirmais eksperiments, lai pārbaudītu sekojošās parastās eksperimentālās ierīces pamatparametrus.
    2. uzdevums — jauna fizikālās laboratorijas sagatavošana A/S LATVO
    • iepirkts jauns līdzstrāvas ģenerators (ar strāvu līdz 2000 ampēriem)
    • iepirkts sakausējums Galistāns (- 3 kg)
    Detalizēti tika izstrādāts pirmā eksperimentālā modeļa projekts kopā ar LATVO. Tas iekļauj: strāvas avotu (ģenerators), bāzes strāvas padeve eksperimentālās laboratorijas iekšienē, fizikālā modeļa vietējās strāvas padevi no pamata elektrolīnijas uz elektrodiem (gan augšpusē, gan apakšā), eksperimentēšanas darba vietu, sistēmu EIVF liela mēroga vizualizācijai uz modeļa brīvas virsmas.
    Tika izveidots pirmais eksperimentu plāns, pamatojoties uz skaitlisko pētījumu rezultātiem un personīgo pieredzi IEVF fundamentālajā jomā. Pirmais uzdevums attiecas uz EIVF modeli pie apakšējiem elektrodiem reālā līdzstrāvas EAF (līdzstrāvas elektriskā loka krāsns) modelī.
    3. uzdevums — Raksti
    COVID 19 problēmas dēļ tika atlikta plānotā konference Sankt-Pēterburgā. Raksts kopā ar Maskavas Valsts universitāti, kas iepriekš tika gatavots šai konferencei, tika paplašināts un nosūtīts uz citu zinātnes žurnālu.

    Projekta vadošais pētnieks A. Čudnovskis

  • Projekta “Skaitliskās modelēšanas pieeju izstrāde kompleksu multifizikālu
    mijiedarbības procesu izpētei elektromagnētiskajās šķidrā metāla tehnoloģijās” (Nr. 1.1.1.1/18/A/108) pārskats par paveikto projekta ietvaros laika posmā no 01.07.2020 – 30.09.2020

      Šajā laika posmā projekta grupa ir paveikusi sekojošo:

    1. Projekta ietvaros notikuši zinātniskie semināri:
    27.08.2020 notika zinātniskais seminārs “Gāzes burbuļu dinamikas šķidrā metālā magnētiskajā laukā izpēte ar neitronogrāfijas metodi” , kurā prezentēts referāts par sasniegumiem gāzes burbuļu plūsmas šķidrajā metālā izpēti.
    2. Projekta darbinieks J. Teličko no 9.08-14.08.2020 atradās Šveicē Paula Scherrera institūtā. Tur projekta ietvaros tika veikti eksperimenti.

    3. Šajā laika posmā ir iesniegts raksts A. Chudnovsky, Yu. Ivochkin, A. Jakovics, S. Pavlovs, I. Teplyakov, D. Vinogradov Investigations of electrovortex flows with multi electrodes power supply, kas tiks publicēts žurnālā Magnetohydrodynamics.
    Šajā periodā tika īstenotas darbības nr. 1., 1.1., 1.2.,5., 6., 6.1., 6.2., 6.3. Tajās
    paveikts sekojošais:

    Darbība nr. 5
    Praktiski noslēgusies projekta partnera AS “Latvo” eksperimentālās fizikas laboratorijas izveide. Tika instalēts elektrības kontūrs ar strāvas pievadu. Tika iegādāts un pieslēgts regulējamais līdzstrāvas ģenerators ar strāvu līdz 2000 A. Tika iegādāts GaInSn kausējums eksperimentiem ar elektrovadošo šķidrumu ar līdzstrāvas pievadu un tā ievietošanu magnētiskajā laukā.
    Tika izveidota eksperimentāla iekārta (sadarbībā ar Maskavas augstu temperatūru pētījumu institūtu) ar divu elektrodu līdzstrāvas pievadu (bifilāra shēma) galinstana (InGaSn) kausējumam. Ar mērķi atlasīt nepieciešamus materiālus eksperimentālās iekārtas izgatavošanai, izmantojot komerciālo ANSYS Maxwell skaitliskās modelēšanas rīku, tika izpētītas voltampēra raksturlīknes elektrodiem un galinstana šķidrumam, vārējot elektrodu materiālu (varš, alumīnijs, misiņš, nerūsošais tērauds un grafīts).
    Ievērojot konvekcijas un/vai starojuma siltumapmaiņu un izmantojot siltuma saglabāšanas likumu, tika novērtētas temperatūras starpības, kas izveidotajā eksperimentālajā iekārtā elektrovirpuļplūsmu pētīšanai var veidoties kausējumā vārējot elektrodu materiālus.
    Tiek gatavots kausējuma ātruma mērīšanas eksperiments, izmantojot temperatūras korelācijas metodi. Šiem mērījumiem tika aprobēts sensors, kas sastāv no diviem termopārām, kas novietoti nelielā attālumā un paredzēti tā saucamo termogrammu uzņemšanai.

    Darbība nr. 6.1.
    Zemfrekvences elektromagnētiskā lauka ierosinātu šķidrā metāla plūsmu skaitlisko modeļu validācijai tika izveidota laboratorijas mēroga sistēma, kurā šķidra metāla brīvās virsmas pacēlumu un svārstības ierosina rotējoši pastāvīgie magnēti. Tika veikta virkne eksperimentu pie dažādiem sistēmas parametriem – magnētu rotācijas frekvences un pozīcijas pret metālu, šķidrā metāla daudzuma un brīvās virsmas oksidācijas pakāpes. Tika veikti virsmas dinamikas videouzņēmumi, kas tika pārveidoti atsevišķos kadros un apstrādāti, iegūstot brīvās virsmas formu, ko var tieši salīdzināt ar aprēķiniem. Ir panākta laba brīvās virsmas formas sakritība eksperimentos un aprēķinios uz izveidoto skaitlisko modeļu bāzes.

    Darbība nr. 6.2.
    Papildus jau iepriekš veiktajām divām neitronu radiogrāfijas eksperimentu sērijām, tika tika veiktas jaunas 3 neitronu radiogrāfijas eksperimentu sērijas PSI: 2 eksperimenti uz NEUTRA stara un 1 uz ICON stara. NEUTRA eksperimentos tika turpināta minituarizētas (rezultāti pārnesami uz lielākiem, industriāli svarīgiem mērogiem) argona burbuļu šķidrajā gallijā ķēdes plūsmas sistēmas izpēte, kurā tika nosegtas vairākas sistēmas parametru telpas (Reynolds-Eotvos-Stuart bezdimensionālo parametru telpa) plaknes. Šoreiz sistēmas radiogrāfija tika veikta plašākā gāzes padeves ātruma diapazonā, kā arī pie vairākām magnētiskā lauka indukcijas vērtībām, pie kam tika izmantotas divas dažādas magnētiskā lauka orientācijas, horizontālā un vertikālā (attiecībā uz burbuļu celšanas virzienu), kurām ir atšķirīga ietekme uz burbuļu plūsmu. ICON tika veikti testa eksperimenti ar vairākas reizēs intensīvākām neitronu plūsmām (labāka signāla/trokšņa intensitātes attiecība jeb STA, bet trūkums — daudz ātrāka šķidrā metāla aktivācija), kas ļāva labāk izšķirt burbuļu formu dinamiku.

    Darbība nr. 6.3.
    Sadarbības partnera “Latvo” izveidotā eksperimentālā iekārta vispirms tika izmantota pievadītās līdzstrāvas elektriskā potenciāla, kā arī šīs līdzstrāvas magnētiska lauka mērīšanai kausējumā. Šo mērījumu rezultāti tika salīdzināti gan ar iegūto analītisko risinājumu elektriskajam potenciālam kvazi 2D gadījumā, gan arī ar skaitlisku aprēķinu ar ANSYS Maxwell rezultātiem magnētiskai indukcijai 3D gadījumā. Aprēķinu rezultāti gan kvalitatīvi, gan arī kvantitatīvi saskaņojas ar mērījumu rezultātiem. Tika sagatavots un implementēts skaitlisks modelis galinstāna plūsmas un siltuma lauka (kausējumā un elektrodos) aprēķiniem ar ANSYS Fluent komerciālu programmu. Tā mērķis ir salīdzināt kausējuma ātruma aprēķinu rezultātus ar mērījumu rezultātiem elektrovirpuļplūsmu eksperimentālajā iekārtā (aktivitāte 5), kas iegūti izmantojot temperatūru korelācijas metodi. Šis skaitliskais modelis eksperimenta ilguma noteikšanai jau tika pielietots kausējuma sildīšanas laika noteikšanai, ņemot verā kombinētu konvekcijas un starojuma siltumapmaiņu uz eksperimentālās iekārtas ārējām robežām.

    Projekta vadošais pētnieks A. Čudnovskis

  • Projekta “Skaitliskās modelēšanas pieeju izstrāde kompleksu multifizikālu mijiedarbības procesu izpētei elektromagnētiskajās šķidrā metāla tehnoloģijās” (Nr. 1.1.1.1/18/A/108) pārskats par paveikto projekta ietvaros laika posmā no 01.10.2020 – 31.12.2020

    Šajā laika posmā projekta grupa ir paveikusi sekojošo:

    1. Projekta ietvaros notikuši zinātniskie semināri:
    05.10.2020 notika zinātniskais seminārs “MHD burbuļu plūsmas spektrālā analīze”, kurā uzstājās LU FMOF laborants Mārtiņš Klevs.
    16.10.2020 notika zinātniskais seminārs “Jaunākie neitronu radiogrāfijas eksperimentu rezultāti, sasniegumi, attēlu un datu apstrāde”. Par paveikto projektā stāstīja LU pētnieks Mihails Birjukovs un LU FMOF laborants Pēteris Zvejnieks.
    2. Projekta ietvaros publicēti 2 raksti:
       — “An electrovortex flow around two fully submerged electrodes” A Chudnovsky1, Yu Ivochkin2, A Jakovics3, S Pavlovs3, I Teplyakov2 and D Vinogradov2, IOP Conference Series: Materials Science and Engineering;
    3. Šajā periodā tika īstenotas darbības nr. 1., 1.1., 1.2., 5., 6., 6.1., 6.2., 6.3., 12., 12.1, 12.2, 12.3.Tajās paveikts sekojošais:

    5. Eksperimentālo metodiku pilnveidošana un aprobācija atbalsta eksperimentu veikšanai (10.2019 – 03.2021)

       Tika veidota datorvadāma sistēma magnētiskā lauka 3D kartēšanai ap pastāvīgajiem magnētiem. Magnētiskā lauka zonde tiks piestiprināta pie elektroniski vadāma galdiņa, ko var vadīt ar programmas skriptu palīdzību. Mērījumu dati tiks ierakstīti ar pieslēgtā osciloskopa palīdzību. Šobrīd tiek izstrādāta programma, kas nodrošina komunikāciju starp datoru, osciloskopu un magnētiskā lauka zondi.
    Tika izmēģināta iekārta optiskiem mērījumiem burbuļu plūsmai plānā šķidrā metāla slānī – metodikai ir perspektīvas aizvietot rentgenstaru radiogrāfiju pie šķidrā metāla biezumiem < 4 mm. Šajā gadījumā tad nav nepieciešamas sarežģītas X-staru iekārtas -ir iespējams reproducēt HZDR veiktos eksperimentus, pie kam varēs papildināt jau esošos datus ar mērījumiem magnētiskajā laukā.

       Darba komandējuma laikā HZDR tika veikta rentgenstaru radiogrāfijas eksperimentu sērija, kuras ietvaros tika pētīta burbuļu plūsma Hele-Shaw tipa sistēmās (3 un 6 mm biezuma analogi sistēmai, kura tika pētīta PSI) ar vertikālu un horizontālu stacionāru magnētisko lauku. Tie ir pirmie šāda veida eksperimenti pasaulē, jo līdz šim nav bijis datu šādām sistēmām ar plūsmu magnētiskajā laukā. Papildus HZDR tika veikta augstās izšķirtspējas 3D magnetometrija izstrādātajām un PSI & HZDR eksperimentos izmantotajām magnētiskā lauka sistēmām. Tika noskaidrots, ka sistēmas funkcionē kā tas ir paredzēts pēc to dizaina procesa un specifikācijām.

       Eksperimentālai iekārtai, kas tika izveidota sadarbībā ar Maskavas augstu temperatūru pētījumu institūtu, ar divu elektrodu līdzstrāvas pievadu (bifilārā shēma) galinstana (InGaSn) kausējumam tika veikti sekojošie mērījumi temperatūras korelācijas metodes izmēģināšanai un aprobācijai:
       • kausējuma un elektrodu sasilšanas temperatūras raksturlīknes izvēlētos raksturīgajos punktos pie dažādām pievadītas līdzstrāvas vērtībām,
       • ātruma horizontālo komponenšu sadalījumi kausējumā starp elektrodiem.

    6. Izveidoto modeļu un skaitlisko metodiku eksperimentāla verifikācija (04.2020 – 12.2021)

    6.1. Elektrovadoša šķidruma un tā virsmas dinamika mijiedarbībā ar EM lauku
    Tika izveidots eksperimentāls induktors, lai izmēģinātu iespējas ar zemas frekvences lauku iedarboties uz plānu metāla slānīti. Tika izremontēta un izmēģināta defektīvā maza mēroga augstfrekvences lauka ģenerācijas iekārta. Šo izstrādņu mērķis ir izveidoto matemātisko modeļu verifikācija.

    6.2 Šķidra metāla un gāzes burbuļu divfāzu plūsmas mijiedarbība ar EM lauku

    Tika turpināta neitronu radiogrāfijas eksperimentos PSI (Šveice) iegūto liela apjoma datu pēcapstrāde un analīze. Tā rezultātā tika sagatavoti pamatmateriāli 2 publikācijām: viena no tam ir izstrādāta un iesniegta izvērtēšanai, otra tiks pabeigta 2021.g. I. kvartālā.

    6.3. Elektrovirpuļplūsmas

    Ar sagatavoto skaitlisku modeli tika turpināti aprēķini galinstāna plūsmas un siltuma lauka (kausējumā un elektrodos) sadalījumu noteikšanai ar ANSYS Fluent komerciālo programmu.Aprēķinu rezultāti kausējuma ātrumam, kā arī kausējuma un elektrodu temperatūrai, tika salīdzināti ar laboratorijas mērījumu rezultātiem, kas iegūti eksperimentālajā iekārtā (aktivitāte 5), izmantojot temperatūru korelācijas metodi. Salīdzināšanas mērķis bija skaitliskā modeļa verifikācija un nepieciešamības gadījumā modeļa parametru pieskaņošana. It īpaši pieskaņošana ir būtiska robežnosacījumiem kombinētai konvekcijas un starojuma siltumapmaiņai uz eksperimentālās iekārtas ārējām virsmām.

    Projekta vadošais pētnieks A. Čudnovskis

    31.12.2020

  • Projekta “Skaitliskās modelēšanas pieeju izstrāde kompleksu multifizikālu
    mijiedarbības procesu izpētei elektromagnētiskajās šķidrā metāla tehnoloģijās”
    (Nr. 1.1.1.1/18/A/108) pārskats par paveikto projekta ietvaros laika posmā no
    01.01.2020 – 31.03.2021

    Šajā laika posmā projekta grupa ir paveikusi sekojošo:
    1. Projekta ietvaros notikuši zinātniskie semināri:
    25.01.2021 notika zinātniskais seminārs “Jaunākie X staru radiogrāfijas
    eksperimentu rezultāti, sasniegumi attēlu un datu apstrādē”, kurā uzstājās
    FMOF SMI pētnieks Mihails Birjukovs.
    24.02.2021 notika zinātniskais seminārs “Plāns metāla slānis EM laukā un
    tiešās lentas liešanas process”. Par paveikto projektā stāstīja pētnieks Valters
    Dzelme.

    2. Šajā periodā tika īstenotas darbības nr. 1., 1.1., 1.2., 5., 6., 6.1., 6.2., 6.3., 12., 12.1, 12.2, 12.3. Tajās paveikts sekojošais:

    1. Sagatavota un iesniegta vidusposma atskaite.
      5. Eksperimentālo metodiku pilnveidošana un aprobācija atbalsta
      eksperimentu veikšanai (10.2019 – 03.2021)

    Paveikts:
    -sadarbībā ar Maskavas augstemperatūru institūta speciālistiem izstrādāta metode un laboratorijas iekārta ātrumu mērīšanai šķidrā metāla turbulentās plūsmās, izmantojot termisko fluktuāciju zondi un sekmīgi pabeigti sistēmas izmēģinājumi
    — izveidoti vairāki sistēmu varianti gallija temperatūras virs kušanas punkta nodrošināšanai laboratorijas eksperimentos;
    — pilnīgi no jauna izveidota eksperimentālā laboratorijas iekārta elektrovirpuļplūsmu
    eksperimentiem ar zemas temperatūras šķidrajiem metāliem pie lielām strāvas intensitātēm (līdz 2000 A) SIA «Latvo». Sekmīgi veikti iekārtas izmēģinājumi.
    Eksperimentālai iekārtai, kas tika izveidota sadarbībā ar Maskavas augstu temperatūru
    pētījumu institūtu, ar divu elektrodu līdzstrāvas pievadu (bifilārā shēma) galinstana (InGaSn) kausējumam tika veikti sekojošie mērījumi temperatūras korelācijas metodes izmēģināšanai un aprobācijai:
    • kausējuma un elektrodu sasilšanas temperatūras raksturlīknes izvēlētos raksturīgajos punktos pie dažādām pievadītas līdzstrāvas vērtībām,
    • ātruma horizontālo komponenšu sadalījumi kausējumā starp elektrodiem.
    Aktivitāte ir sekmīgi pabeigta plānotajā termiņā.

    6. Izveidoto modeļu un skaitlisko metodiku eksperimentāla verifikācija (04.2020– 12.2021)

    6.3. Elektrovirpuļplūsmas
    Sadarbības partnera “Latvo” laboratorijā (skat. 5. aktivitāti) izveidotā eksperimentālā iekārta ar atšķirīgu elektrovirpuļplūsmas konfigurāciju un lielu maksimālo strāvu (2000 A) vispirms tika izmantota pievadītās līdzstrāvas elektriskā potenciāla, kā arī šīs līdzstrāvas magnētiska lauka mērīšanai kausējumā. Šo mērījumu rezultāti tika salīdzināti gan ar iegūto analītisko risinājumu elektriskajam potenciālam kvazi 2D gadījumā, gan arī ar skaitlisku aprēķinu ar ANSYS Maxwell rezultātiem magnētiskai indukcijai 3D gadījumā. Skaitlisko aprēķinu rezultāti gan kvalitatīvi, gan arī kvantitatīvi saskaņojas ar mērījumu rezultātiem. Turpinājumā plānoti šķidrā metāla plūsmas un tā virsmas deformācijas mērījumi izveidotajā iekārtā.

    Projekta vadošais pētnieks A. Čudnovskis
    31.03.2021

  • Projekta “Skaitliskās modelēšanas pieeju izstrāde kompleksu multifizikālu
    mijiedarbības procesu izpētei elektromagnētiskajās šķidrā metāla tehnoloģijās”
    (Nr. 1.1.1.1/18/A/108) pārskats par paveikto projekta ietvaros laika posmā no

    01.04.2021– 30.06.2021

    Šajā laika posmā projekta grupa ir paveikusi sekojošo:

    1. Projekta ietvaros notikuši zinātniskie semināri:
    28.04.2021 notika zinātniskais seminārs “Burbuļu ķēdes
    magnetohidrodinamiskās plūsmas sadalījums dinamiskajās modās”, kurā
    uzstājās A/S “Latvo” projekta darbinieks zinātniski tehniskais inženieris
    Mārtiņš Klevs.
    2. Šajā periodā tika īstenotas darbības nr. 1., 1.1., 1.2, 6., 6.1., 6.2., 6.3., 9., 12.,
    12.1, 12.2, 12.3.
    Tajās šajā periodā paveikts sekojošais:

    6. Izveidoto modeļu un skaitlisko metodiku eksperimentāla verifikācija (04.2020 – 12.2021)
    6.1. Elektrovadoša šķidruma un tā virsmas dinamika mijiedarbībā ar EM lauku Eksperimentos tika konstatēta būtiska šķidrā metāla virsmas pacēluma, ko ierosina rotējošie magneti, izmaiņa ne tikai pa konteinera platumu, bet arī pa konteinera biezumu. Tas deva ierosmi skaitliskā modeļa pilnveidei iekļaujot tajā detalizētāku turbulento pulsāciju ietekmes analīzi, kā arī parādīja nepieciešamību veikt smalkāku apgabala diskretizāciju. Šādi uzlabots skaitliskais modelis tika izmēģināts. Vienlaikus precīzākai virsmas dinamikas detektēšanai tiek veidota optisko mērījumu sistēma ar lielu kadru skaitu sekundē un uzlabotu telpisko izšķirtspēju.

    6.2 Šķidra metāla un gāzes burbuļu divfāzu plūsmas mijiedarbība ar EM lauku
    Tika turpināta eksperimentu sērijās PSI (Šveice) ar NEUTRA un ICON neitronu stariem iegūto rezultātu sistēmatiska analīze un salīdzināšana ar atbilstošu skaitlisko modeļu rezultātiem to verifikācijai. Kopumā tika konstatēta uz VOF pieejas bāzētās
    programmatūras rezultātu laba atbilstība šiem eksperimentālajiem datiem, bet darbs
    vēl turpinās.

    6.3. Elektrovirpuļplūsmas
    Tika turpināta laboratorijas eksperimentu sērijās, kas veiktas sadarbībā ar Maskavas
    Augstemperatūru institūtu (MAI) iegūto rezultātu dažādas konfigurācijas elektrovirpuļplūsmām sistemātiska salīdzināšana ar ANSYS Fluent un OpenFoam
    vidē izveidoto skaitlisko modeļu aprēķinu rezultātiem. Arī šeit kopumā tika konstatēta
    laba rezultātu atbilstība plūsmai, tomēr problēmas radīja vidējā temperatūras līmeņa saskaņošana starp eksperimentu un aprēķinu. Tika meklēti iemesli šīm novirzēm un izmēģināti iespējamie paņēmieni noviržu samazināšanai Visu šo 3 apakšaktivitāšu darbus plānots pabeigt 4. kvartālā.

    9. Izvēlēto pētāmo komplekso procesu modeļu rezultātu verifikācija, izmantojot
    industriāla mēroga iekārtu prototipus.
    Izstrādāts industriālas elektrokausēšanas loka krāsns matemātiskais modelis, tas
    implementēts ANSYS programmatūras vidē skaitlisko aprēķinu veikšanai. Sagatavots patenta pieteikuma sākotnējais variants, kurš pēc patentu pētījuma pabeigšanas turamākajā periodā tiks precizēts un uzlabots.

    Projekta vadošais pētnieks A. Čudnovskis


    30.06.2021

AS LATVO© 2021