Сотрудники ИПИТ обладают богатым опытом моделирования процессов, происходящих в промышленных установках и устройствах, а также в разработке и создании программных средств для такого моделирования. Для этого используются как известные коммерческие пакеты для математического моделирования, так и оригинальные математические пакеты, разработанные в ИПИТ. Эта работа ведется в тесном сотрудничестве с НИЯУ МИФИ с 1999 года. За это время были успешно выполнены ряд проектов по разработке программных средств для моделирования магнитогидродинамических процессов в промышленных электролизерах для производства первичного алюминия. Нами приобретен большой опыт разработки и моделирования магнитогидродинамических процессов в различных других установках и устройствах: магнитных перемешивателях для производства алюминиевых сплавов и магнитогидродинамических насосах, которые находят широкое применение в металлургии и атомной промышленности. Еще одним ключевым направлением работ является моделирование процессов разделения смесей различных веществ начиная от взвесей, биологических растворов и кончая процессами разделения изотопов в сильных центробежных полях.

Сформированный в ИПИТ коллектив специалистов способен выполнить работы по широкому спектру проблем, включая разработку оригинальных программных средств и модификацию коммерческих программных пакетов для моделирования процессов в промышленных установках и технологических процессах.

За последние 20 лет произошло заметное развитие технологии компьютерного моделирования процессов, используемых в промышленности, в полностью трехмерной геометрии. Появилось множество коммерческих программ для инженерных приложений. ANSYS является одним из популярных пакетов, используемых многими компаниями России. Ниже представлены примеры использования ANSYS для решения задачи моделирования в различных отраслях промышленности, выполненных в ИПИТ.

МГД процессы используются в целом ряде отраслей промышленности. Металлургия является одним из важнейших примеров, где они играют ключевую роль. Компьютерное моделирование МГД процессов включает расчет динамики жидкой электропроводящей среды и электромагнитного поля, которые нелинейно взаимодействуют друг с другом. Современное моделирование проводится с учетом реальной геометрии устройства и всех свойств рассматриваемых процессов: химического состава, теплопроводности, турбулентности и т.п.

Динамика металла в электромагнитном миксере
Электромагнитные миксеры используются для производства алюминиевых сплавов. На рис. 1 показаны электромагнитные миксеры Хакасского алюминиевого комбината. На рис. 2 показан миксер в разрезе. Упрощенная схема электромагнитного миксера показана на рис. 3. На рис. 4 показана геометрия ванны для перемешивания расплава.

Этот вид производства алюминия широко используется для производства алюминиевых плит. Перемешивание жидкой фазы расплава на фронте кристаллизации улучшает механические и физические свойства заготовок. На рис. 7 показан фронт кристаллизации алюминия при обычном процессе затвердевания. Он простирается далеко по длине слитка. Это создает условия для возникновения дефектов слитка.

При перемешивании жидкой фазы фронт кристаллизации заметно меняет свою форму. Он становится более плоским, подавляя условия для возникновения дефектов в слитке.

Эта тестовая задача была создана для демонстрации расчета воздействия электромагнитного поля на поверхность раздела фаз. Небольшая электролитическая ячейка состоит из анода, погруженного в проводящую среду как показано на рис. 9.

Подключение напряжения между анодом и катодом приводит к появлению электрического тока, который генерирует магнитное поле. Давление этого поля воздействует на металл, меняя форму поверхности раздела фаз.

В системе появляются автоколебания, поскольку при деформации поверхности происходит размыкание электрической цепи. Форма поверхности в один из моментов времени показана на рис. 10.

Другим примером моделирования гидродинамического течения со свободной поверхностью является посадка самолета на воду. Этот случай интересен в свете того, что за последние десятилетия произошло несколько таких посадок.