Nội dung được dịch bởi AI, chỉ mang tính chất tham khảo
Đo lường phân tích không gian trong dòng kim loại lỏng bằng phương pháp đo tốc độ lực Lorentz
Tóm tắt
Việc đo vận tốc bên trong dòng kim loại nóng chảy là rất quan trọng cho nhiều ứng dụng trong phòng thí nghiệm và công nghiệp trong lĩnh vực kim loại học, nhưng vẫn gặp phải thách thức trong thí nghiệm. Chỉ một số ít kỹ thuật có thể đo được vận tốc dòng chảy trung bình bên trong các vật liệu nóng và có tính chất khá khắc nghiệt. Một trong số đó là phương pháp đo tốc độ lực Lorentz không tiếp xúc đã được nghiên cứu trước đây. Tuy nhiên, mong muốn phân tích vận tốc trong không gian vẫn chưa được đáp ứng cho đến nay. Trong nghiên cứu được trình bày ở đây, độ phân giải không gian được đạt được với bộ đo dòng lực Lorentz (LFF) bằng cách triển khai một nam châm vĩnh cửu có kích thước nhỏ đáng kể so với dòng chảy đang được khảo sát. Kết quả cho thấy trên một dòng chảy hình vuông thẳng, bộ đo dòng này có khả năng phân biệt các vật cản trong dòng chảy và cấu trúc dòng chảy bị thay đổi. Độ phân giải không gian của LFF được chứng minh có thể đạt được ít nhất là 3 cm với một khối nam châm 1 cm.
Từ khóa
#đo tốc độ #dòng kim loại lỏng #lực Lorentz #phân tích không gianTài liệu tham khảo
Bruun H (1995) Hot-wire anemometry: principles and signal analysis. Oxford University Press, Oxford
Eckert S, Gerbeth G, Melnikov V (2003) Velocity measurements at high temperatures by ultrasound Doppler velocimetry using an acoustic wave guide. Exp Fluids 35:381–388
Feng CC, Deeds WE, Dodd CV (1975) Analysis of eddy-current flowmeters. J Appl Phys 46(7):2935–2940
Füßl R (2007) Interferenzoptische kraftsensoren für den lastbereich bis 0,1 Newton. Habilitation, Ilmenau University of Technology
Füßl R, Jäger G (2009) The influence of the force feed-in system on high-accuracy low force measurement. XIX IMEKO World Congress—Fundamental and Applied Metrology, Lisbon, Portugal
Heinicke C, Tympel S, Pulugundla G, Rahneberg I, Boeck T, Thess A (2012) Interaction of a small permanent magnet with a liquid metal duct flow. J Appl Phys 112:124914
Hofmann F (2003) Fundamental principles of electromagnetic flow measurement. Tech. rep., KROHNE Messtechnik GmbH & Co. KG
Jian D, Karcher C (2012) Electromagnetic flow measurements in liquid metals using time-of-flight Lorentz Force Velocimetry. Meas Sci Technol 23:074021
Kolesnikov Y, Karcher C, Thess A (2011) Lorentz force flowmeter for liquid aluminum: laboratory experiments and plant tests. Metall Mater Trans B 42(3):441–450
Lehde H, Lang W (1948) Device for measuring rate of fluid flow. Patent US 2,435,043
Lomas C (2011) Fundamentals of hot wire anemometry, reissue edn. Cambridge University Press, Cambridge
Minchenya V, Karcher C, Kolesnikov Y, Thess A (2009) Lorentz force flow meter in industrial application. Magnetohydrodynamics 45(3):459–465
Priede J, Buchenau D, Gerbeth G (2009) Force-free and contactless sensor for electromagnetic flowrate measurements. Magnetohydrodynamics 45(3):451–458
Priede J, Buchenau D, Gerbeth G (2011) Contactless electromagnetic phase-shift flowmeter for liquid metals. Meas Sci Technol 22(5):055402
Pulugundla G, Heinicke C, Karcher C, Thess A (2013) Lorentz force velocimetry with a small permanent magnet. Accepted for publication in Eur J Mech B Fluids. http://dx.doi.org/10.1016/j.euromechflu.2013.03.008
Rackers K, Thomas B (2 April 1995) Clogging in continuous casting nozzles. In: Proceedings of the 78th steelmaking conference, Nashville, TN, vol 78, pp 723–734
Raffel M, Willert C, Wereley S, Kompenhans J (2007) Particle image velocimetry: a practical guide. Experimental fluid mechanics. Springer, New York
Ricou R, Vives C (1982) Local velocity and mass transfer measurements in molten metals using an incorporated magnet probe. Int J Heat Mass Transf 25:1579–1588
Shercliff J (eds) (1962) The theory of electromagnetic flow measurement. Cambridge University Press, Cambridge
Stefani F, Gundrum T, Gerbeth G (2004) Contactless inductive flow tomography. Phys Rev E 70(5):056306
Stieglitz R (2007) Handbook on lead-bismuth eutectic alloy and lead properties, materials compatibility, thermal-hydraulics and technologies, chap. 11. Instrumentation. Nuclear Energy Agency (NEA)
Takeda Y (1987) Measurement of velocity profile of mercury flow by ultrasound Doppler shift method. Nucl Technol 79:120–124
Thess A, Votyakov E, Knaepen B, Zikanov O (2007) Theory of the Lorentz force flowmeter. New J Phys 9(8):299
Thess A, Votyakov E, Kolesnikov Y (2006) Lorentz force velocimetry. Phys Rev Lett 96(16):164501
Thomas B, Chaudhary R (2009) State of the art in electromagnetic flow control in continuous casting of steel slabs: Modeling and plant validation. In: 6th International conference on electromagnetic processing of materials (EPM). Dresden
Timmel K, Eckert S, Gerbeth G (2011) Experimental investigation of the flow in a continuous-casting mold under the influence of a transverse, direct current magnetic field. Metall Mater Trans B 42:68–80
Wegfraß A, Diethold C, Werner M, Fröhlich T, Halbedel B, Hilbrunner F, Resagk C, Thess A (2012) A universal noncontact flowmeter for liquids. Appl Phys Lett 100:194103
Wegfraß A, Diethold C, Werner M, Resagk C, Fröhlich T, Halbedel B, Thess A (2012) Flow rate measurement of weakly conducting fluids using Lorentz Force Velocimetry. Meas Sci Technol 23:105307
Wiegand DE (1968) Summary of an analysis of the eddy-current flowmeter. IEEE Trans Nucl Sci 15(1):28–36
Wiegand DE, Michels C (1969) Performance tests on an eddy-current flowmeter. IEEE Trans Nucl Sci 16(1):192–195
Wondrak T, Galindo V, Gerbeth G, Gundrum T, Stefani F, Timmel K (2010) Contactless inductive flow tomography for a model of continuous steel casting. Meas Sci Technol 21:045402