平面交流感应电磁泵数值模拟及实验研究

摘要

材料的电磁过程(EPM)技术为材料的加工、生产提供了新途径,推动了相关领域的快速发展。磁流体动力学(MHD)作为EPM技术的重要组成部分,主要应用于电磁场对具有导电性的金属流体的驱动。电磁泵以电磁驱动力输送液态金属,可控性能好,利用能源清洁,成为输送液态金属的理想选择。我国对于电磁泵的研究起步较晚,理论研究水平及实际设计与制造技术水平仍有提高空间。本文以易获取电源,结构简单的平面交流感应电磁泵为研究对象,围绕影响电磁泵电磁驱动力的因素展开研究。
　　研究的理论基础建立于 Maxwell方程组,借助 ANSYS软件,利用有限元分析方法,进行影响电磁泵电磁驱动力因素模拟仿真分析。根据模拟计算结果,制造实体电磁泵,进行对液态金属Sn的驱动实验。
　　通过模拟计算结果发现电磁泵磁场发生装置中铁心采用1对磁极并且减小电磁泵泵沟与磁极间的间隙,有利于提高电磁泵的电磁驱动力。电磁泵泵沟内通入液态金属后泵沟内感应磁场强度产生一定波动,电磁驱动力随通入的液态金属电阻率值不同而变化,液态金属电阻率值越小,电磁驱动力越大。泵沟窄面选用电导性好的材料并增加其厚度,有利于减小液态金属内部纵向感应电流,提高电磁泵对液态金属有效电磁驱动力。电磁泵绕组线圈采用凸极式绕法并适当增加铁心凸极高度,可以提高电磁泵电磁驱动力,绕组线圈采用 CA′BC′AB′相序接法,电磁泵对液态金属作用的起始驱动力较大,液态金属要获得较大的平均驱动力则应采用B′CA′BC′A相序接法。
　　利用实验用电磁泵,进行液态金属Sn的电磁泵泵送实验。实际测量感应磁场强度值与模拟计算值最大实验误差为8.3％,属于允许实验误差,验证了模拟计算的准确性。实验用电磁泵可实现对液态金属Sn的驱动,泵送Sn液流量较大且流速比较稳定时的加载电压值为80V,相应泵沟内的感应磁场强度均值为0.137T。实验用电磁泵的结构设计及得到的有效实验参数,为影响电磁泵驱动力因素的研究提供了可靠参考价值。

目录

封面

声明

中文摘要

目录

引言

1 文献综述

1.1电磁泵技术产生背景

1.2电磁泵分类

1.3电磁泵技术与相关EPM技术

1.4电磁泵研究概况

1.5本文研究内容及意义

2 平面交流感应电磁泵技术

2.1电磁学理论

2.2平面交流感应电磁泵工作原理

3 平面交流感应电磁泵数值模拟分析

3.1 ANSYS软件可靠性

3.2电磁泵建模及计算条件

3.3计算结果及分析

3.4小结

4 平面交流感应电磁泵实验研究

4.1实验设备

4.2感应磁场强度

4.3液态金属的泵送

4.4小结

结论

参考文献

在学研究成果

致谢