强迫油冷式磁选机磁路模拟与散热结构优化

摘要

磁选机作为一种磁力分选设备，广泛应用于国民经济的各个行业，诸如各种金属矿物和非金属矿物的提纯、工业废水的处理等方面。伴随着环保意识的加强和自然资源的匮乏，磁选机扮演着越来越重要的角色。开发更高效能的磁选机，成为时下众多专家学者们研究的热点。磁系作为磁选机的核心装置，其散热问题不能忽视。近年来，永磁磁选机虽然取得了很大的进展，但在强电磁、大处理量的工业生产中，电磁磁选机依然占据着主流的地位。因此，研究其散热方式，改善其散热结构，依然具有重要的意义。 本文以一台水冷式强电磁磁选机为研究对象，针对现有冷却方式的诸多缺点，如能耗大、易堵塞、浪费水资源等，对其进行油冷化改造，设计一个可靠性更高、散热效果更好的强迫油循环冷却励磁线圈，以期提升磁选机的整体性能。本文的主要研究工作有： （1）基于电磁场理论，采用三维静磁场分析方法，根据磁选机的铁芯参数，在ANSYS中创建了磁路模型，并通过改变输入电流的幅值，得到铁芯气隙中平均磁通密度随励磁电流的变化曲线，得出了在励磁电流超过1000A时，气隙磁通密度达到饱和的结论。并根据此结论及磁选机实际空间，设计了一个强迫油冷式励磁线圈。 （2）基于流体传热理论，使用ANSYS FLOTRAN流体热分析模块，建立了三维油流线圈模型，研究了对于复杂模型三维网格划分的处理方法，得到了在入口流速为0.4m/s、无导向结构时，线圈整体的温度场和流速场分布云图。对比了在不同导向结构下，挡板个数和位置对线圈温升的影响，得出了当挡板数为4个、线饼顶层不设置挡板时，控制线圈温升效果最好的结论。针对线饼温度分布不均匀等问题，采用更精细化建模和“一进二出”的方式，对模型进行改进，仿真结果表明，改进后的模型热点温度降低，线饼温度分布均匀，散热效果明显。最后讨论了不同入口流速对线圈整体温升的影响。 （3）设计制作了一个小型励磁线圈，搭建了一套模拟线圈发热和散热过程的实验装置，得到了在通入不同电流时，线圈达到发热和散热平衡状态下的各个线饼的温度，然后在ANSYS中等比例建模，仿真得到其温度场分布。通过对比发现，二者的误差在5℃以内，验证了仿真结果的正确性。

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