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metadata.dc.type: Dissertação
Issue Date: 27-Apr-2023
metadata.dc.creator: ANDERE, Thais Pascoal de Oliveira
metadata.dc.contributor.advisor1: OLIVEIRA, Rodrigo Melo e Silva de
Title: Atenuação de oscilações magnetohidrodinâmicas em cuba de redução de alumínio usando estruturas periódica
Citation: ANDERE, Thais Pascoal de Oliveira. Atenuação de oscilações magnetohidrodinâmicas em cuba de redução de usando estruturas periódica. 2022. 88 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Elétrica) - Instituto de Tecnologia, Universidade Federal do Pará, Belém, 2022. Disponível em: https://repositorio.ufpa.br/jspui/handle/2011/16608. Acesso em:.
metadata.dc.description.resumo: A instabilidade magnetohidrodinâmica (MHD) em uma cuba de redução de alumínio surge da interação entre um fluido eletricamente condutor e um campo magnético gerado por correntes elevadas que percorrem os barramentos do circuito de alimentação da cuba. Tal fenômeno gera oscilações neste fluido, comprometendo a eficiência do processo de redução do alumínio. As cubas de redução consistem, em sua configuração usual, em um recipiente com paredes planas que acomodam o líquido. Neste trabalho é proposta uma nova geometria para o recipiente que acomoda o fluido baseada na inclusão de estruturas periódicas na base da cuba, com o objetivo de mitigar tais oscilações. A análise das oscilações do fluido é feita com um software desenvolvido neste trabalho para simular numericamente o processo em duas dimensões. A formulação numérica empregada é baseada no método de diferenças finitas no domínio do tempo para resolver as equações de Navier-Stokes (N-S) através do método de projeções de Chorin. O volume e a superfície do fluido são mapeados usando o método MAC, (marker and cell). O líquido é tratado como incompressível e viscoso, além de ser eletricamente condutor. As acelerações causadas pelo campo magnético e as correntes elétricas são acopladas a N-S pelo cálculo da Força de Lorentz. Os resultados são analisados e comparados através da diferença entre a variação da altura do fluido condutor em dois cenários, considerando a base da cuba plana, configuração atual, e com a inclusão das estruturas periódicas na base da cuba.
Abstract: Magnetohydrodynamic instability (MHD) in an aluminum reduction cell is due to the interactions between the conductive liquid currents and the magnetic field generated by very high currents flowing through current feeding circuit buses. Such phenomenon creates oscillations in this fluid, compromising the efficiency of the process aluminum reduction. The reduction cells consist, in their usual configuration, of a container with flat walls that accommodates the liquid. In this work, a new geometry is proposed for the container based on periodic structures, with the aim of to mitigate such oscillations. The analysis of oscillations of fluid in both configurations is made with a software developed in this work to numerically simulate the process in two dimensions. The numerical formulation employed is based on the finite-difference time-domain method to solve the Navier-Stokes equations (N-S) explicitly through the Chorin projections method. The volume and surface of the fluid are mapped using the MAC method, (marker and cell). The liquid is treated as incompressible and viscous, in addition to being electrically conductive. The accelerations caused by magnetic field and the electric currents are coupled to N-S by calculating the Lorentz Force. The results are analyzed and comparisons through the difference between the variation of the height of the conductive fluid in two scenarios, considering the flat bottom of the cell, current configuration, and by applying periodic structures at the bottom of the cell.
Keywords: Magnetohidrodinâmica
Estrturas periódicas
Cuba de redução de alumínio
Método das diferenças finitas no domínio do tempo (FDTD)
Aluminum reduction
Periodic Structure
Finite-difference time-domain - FDTD
MHD (Magnetohydrodynamic)
metadata.dc.subject.areadeconcentracao: TELECOMUNICAÇÕES
metadata.dc.subject.linhadepesquisa: ELETROMAGNETISMO APLICADO
metadata.dc.subject.cnpq: CNPQ::ENGENHARIAS::ENGENHARIA ELETRICA::TELECOMUNICACOES
metadata.dc.publisher.country: Brasil
Publisher: Universidade Federal do Pará
metadata.dc.publisher.initials: UFPA
metadata.dc.publisher.department: Instituto de Tecnologia
metadata.dc.publisher.program: Programa de Pós-Graduação em Engenharia Elétrica
metadata.dc.rights: Acesso Aberto
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
Attribution-NonCommercial-NoDerivs 3.0 Brazil
metadata.dc.source.uri: Disponível na internet via correio eletrônico: bibliotecaitec@ufpa.br
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