Jūnija sākumā promocijas darbu aizstāvēs Didzis Berenis un Kirils Surovovs

DIDŽA BEREŅA promocijas darba tēma: “Rotējošu pastāvīgo magnētu ierosinātas turbulentas šķidra metāla plūsmas skaitliska modelēšana”.
Darba zinātniskais vadītājs: Dr. phys. Ilmārs Grants.

Anotācija:

Promocijas darbā ir veikts skaitlisks un eksperimentāls pētījums par rotējošu pastāvīgo magnētu (RPM) ierosinātām elektriski vadošu šķidrumu turbulentām plūsmām slēgtos traukos. Petījumā aplūkotā modeļa ģeometrija ir ar aksiāli simetrisku trauku šķidrumam, kuram koaksiāli ir novietots cilindrisks, šķērsvirzienā magnetizēts RPM. RPM mainīgais magnetiskais lauks tuvumā esošā vadītajā inducē strāvas un līdz ar to arī elektromagnetisku (EM) tilpuma spēku. Analītisks atrisinājums, kas ietver bezgalīgu eliptisko integrālu rindu, ir iegūts spēkam, kuru cilindrisks RPM inducē koaksiāli novietotā vadoša cilindra vai cilindriskā gredzenā. Atrisinājums ir salīdzinats ar eksperimenta un skaitliskā aprēķina rezultātiem. Vienkāršots analītiskais atrisinājums pēc tam ir arī iegūts RPM ierosinātai turbulentai plūsmai cilindrā. Tas tika panākts, pievienojot dzenoša spēka radiālo atkarību eksistējošam atrisinājumam.

Šis atrisinājums atļauj novērtēt maksimālo plūsmas ātrumu, kā arī ātruma maksimuma radiālo novietojumu. Tas sniedz paskaidrojumu neintuitīvai ātruma maksimuma aksiālajai pozīcijai, kas atrodas šķidrumu saturošā traukā pretējā pusē no RPM. Turbulentā plūsma cilindrā ir aprēķināta, skaitliski apvienojot atvērtās pieejas modelēšanas programmās OpenFOAM un Elmer. Tika izstradāta metode, lai ņemtu vērā feromagnētiskās detaļas, kuras paredzētas EM tilpuma spēka palielināšanai. Analītisko un skaitlisko apreķinu rezultāti tika salīdzināti ar zemas temperatūras šķidrā metāla eksperimenta mērījumiem. Šajā specifiskajā gadījumā iegūtā labā sakritība starp dažādām pieejām nav garantēta vispārīgam gadījumam kā tika ilustrēts ar nākamo aplūkoto piemēru. Ar RPM gredzena centrā ierosinātās plūsmas nestabilitāte tika pētīta platā gredzena gadījumā, kurā rodas brīvais nobīdes slānis radiālas strūklas formā. Pirmās nestabilitātes rezultātā rodas divi jauni stacionāri, aksiāli simetriski atrisinājumi, tas ir, strūklas noliekšanās uz augšu vai apakšu. Turpinot palielināt RPM inducētā spēka stiprumu, strūkla vispirms kļūst periodiska un pēc tam iegūst neregulāras svārstības. Vienlaikus strūkla vidēji ir izteikti nobīdīta no aksiālās vidusplaknes. Tam seko režīms ar turbulentu bistabilitāti, kurā strūkla ar nejaušiem intervāliem pārslēdzas starp noliekšanos uz augšu vai leju. Tas, ka plūsmai ir vairāk par vienu laikā vidējoto stāvokli, rada fundamentālas problēmas turbulences modeļiem, kuru aprakstam izmantots viens laika vidējotais stāvoklis. Ar to varētu izskaidrot reizēm slikto sakritību starp mērījumiem un standarta turbulences modeļiem, kuri pielietoti EM ierosinātām pūusmām noslēgtos tilpumos. Turbulenta bistabilitāte aplūkotajā gadījuma parādās pie maziem Reinoldsa skaitļiem. Tas paver iespēju modeli izmantot parādības prognozēšanas metožu izstrādei. Tika sagatavots eksperiments, lai novērotu bistabilitāti gredzenā ar caurspīdīgu elektrolītu, kura krāsvielas plūsma tika vizuāli novērota vairāku stundu garumā. Tika novēroti ilgdzīvojoši plūsmas stāvokļi, bet bistabilitātes parādības esamības pierādījumi nebija tik parliecinoīi kā attiecīgajā skaitliskajā simulācijā.

Recenzenti:
Dr. phys. Andris Jakovičs (Latvijas Universitāte),
Dr. Valdis Bojarevičs (Griničas Universitāte, Lielbritānija),
Dr. Bernard Nacke (Leibnica Hanoveres Universitāte, Vācija)

KIRILA SUROVOVA promocijas darba tēma: “Liela diametra silīcija kristālu audzēšanas ar pjedestāla procesu skaitliskā modelēšana”.
Darba zinātniskais vadītājs: Dr. phys. Jānis Virbulis.

Anotācija:

Šis darbs ir veltīts silīcija kristālu audzēšanas ar pjedestāla metodi (rentabla alternatīva peldošās zonas procesam) skaitliskajai modelēšanai. Pjedestāla procesā sildīšana ir realizēta ar augstfrekvences induktoru, kas atrodas virs pjedestāla, un vidējas frekvences induktoru, kura vijumi aptver pjedestāla sānu virsmu. Šajā darbā ir aprakstīta siltuma pārneses un fāzu robežu modelēšana aksiāli simetriskajā tuvinājumā, lielākajā daļā aprēķinu neņemot vērā kausējuma plūsmu. Gadījumos ar mazu kristāla diametru (kristāla aizmetni), tika modelēta arī kausējuma plūsma, un tika analizēta kušanas frontes forma. Augstfrekvences induktora forma tika optimizēta, izmantojot gradienta metodi. Lai novērstu kausējuma centra sasalšanu, attālums starp kušanas un kristalizācijas fronšu centriem tika izmantots kā mērķa funkcija. Kristālu audzēšanai ar diametru 100 mm tika iegūta optimāla augstfrekvences induktora forma, kā arī tika piedāvāts sildīšanas jaudas izmaiņas algoritms, kas ļautu visstabilāk realizēt konusa fāzi.

Recenzenti:
Dr. phys. Imants Kaldre (Latvijas Universitāte),
Dr. Gundars Ratnieks (Wacker Chemie AG, Vācija),
Dr. Wolfram Miller (Leibnica Kristālu Audzēšanas Institūts, Vācija)

Ar promocijas darbiem var iepazīties LU Bibliotēkā, Raiņa bulvārī 19. Dalība sēdē ar iepriekšēju pieteikšanos, rakstot uz sintija.silina@lu.lv līdz 2023. gada 30. maijam.