Расплавы металлов в магнитном поле
Всех нас окружают изделия из черных и цветных металлов. Раньше они были рудой, которую переработали в плавильных печах на производствах. Сейчас все большее распространение получают технологии так называемой электрометаллургии. Металл плавят в электродуговых печах, а воздействие электромагнитных полей приводит к возникновению течений в раскаленной жидкости, которая в будущем должна стать вагоном поезда или ножницами на нашем рабочем столе. Эти течения бывают как полезными, так и вредными для производства. Ввиду ответственности задачи сначала необходимо создать хорошую компьютерную модель течения. Далее, прежде чем внедрять что-то в производстве, нужно исследовать это в уменьшенном масштабе на лабораторной установке.
В нашем проекте мы планируем изучить, как можно создать магнитное поле, и как оно будет влиять на расплавленный металл. Кроме того, попытаемся понять, как избежать ряда нежелательных явлений в производственном процессе.

Основная цель проекта
В настоящее время не вполне понятно, как ведет себя расплавленный металл в магнитных полях различной конфигурации. При определенных условиях могут возникать нежелательные эффекты, такие как отрыв поверхности металла от электрода с последующим зажиганием разряда.
Основная цель проекта – построить математическую модель ряда производственных процессов, связанных с влиянием магнитного поля на течение, ее компьютерная реализация и сравнение с экспериментом.

Задачи проекта
  • Построить с помощью методов компьютерного моделирования поле сил Лоренца для расплавленным металлов, находящихся в сосудах (печах) различной формы
  • Исследовать магнитное поле неидеального соленоида и его влияние на течение
  • Изучить возможность отрыва расплавленного металла от поверхности электрода
  • Познакомиться с экспериментальными методами как в профессиональной лаборатории, так и в упрощенном варианте на базе Гимназии
Привязка к предметным областям знания
  • Магнитная гидродинамика

  • Математическое моделирование

  • Металлургия
Место поведения проекта
  • Университетская гимназия МГУ

  • Физический факультет МГУ

  • Объединенный институт высоких температур РАН
Планируемые результаты проекта
Получение структуры электромагнитных сил, характеристик их влияния на течения расплавов жидких металлов, представление работы на конкурсах и конференциях
Учащиеся–участники проекта
Указываются количество учащихся - участников проекта из профилей, на которые рассчитан проект, и роли участников в проекте
Обработка результатов эксперимента
1 участник
Программирование
2 участника
Создание приближенной математической модели
1-2 участника

ВСЕГО

4 - 5 участника
Руководители проекта
  • Михайлов Евгений Александрович
    Физический факультет МГУ, доцент, к.ф.-м.н.
  • Степанова Анастасия Павловна
    Физический факультет МГУ, студент
  • Хасаева Татьяна Тимуровна
  • Тепляков Игорь Олегович
    ОИВТ РАН, старший научный сотрудник, к.т.н.
Оборудование и материалы, необходимые для реализации проекта
Сосуд цилиндрической формы для проведения на базе Гимназии упрощенных опытов с соляной кислотой, электроды, источник постоянного тока, планируется посещение ОИВТ РАН
План-график проекта
Основы программирования в одной из сред разработки
Введение в программирование в рамках выбранной среды разработки. Базовые конструкции и их реализация в данной среде.
Основы численного моделирования в физике. Простейшие задачи. Схема Эйлера
Обучение численным методам на примере схемы Эйлера. Базовые понятия численных схем (сетка, аппроксимация)
Применение численных методов в механике, электромагнетизме, молекулярной физике
Решение ряда стандартных учебных задач из различных разделов физики, где требуется численное моделирование
Основы математического анализа для физики. Простейшие дифференциальные уравнения и численные методы их решения
Простейшие понятия математического анализа с опорой на физические примеры. Представление о дифференциальных уравнениях и методах их численного решения
Основы параллельного программирования на видеокартах
Представление о параллельном программировании. Навыки программирования для видеокарт
Сила Лоренца. Основные понятия
Представление о том, как магнитное поле влияет на движение среды
Построение магнитного поля неидеального соленоида
Использование параллельных вычислений для решения задачи о поле соленоида
Построение структур силы Лоренца, связанной с собственным магнитным полем
Получение векторной диаграммы плотности силы
Конструирование установки для упрощенного эксперимента
Сборка экспериментальной установки
Проведение упрощенного эксперимента на базе Гимназии
Получение простых результатов для соляной кислоты
Посещение ОИВТ РАН с целью проведения эксперимента в профессиональных условиях
Получение результатов, имеющих важное научное значение
Обработка результатов экспеимента
Работа с результатами эксперимента
Подготовка текста работы и презентации
Создание текста работы и презентации
Отработка выступления
Тренировка доклада. Получение навыков публичных выступлений
Планируется участие в конкурсах и конференциях
  • Конкурс исследовательских работ им. В.И.Вернадского

  • Научно-практическая конференция «Потенциал»

  • Научно-практическая конференция «От атома до галактики»
Партнёры
Физический факультет МГУ
Объединённый институт высоких температур РАН