平面交流感应电磁泵数值模拟及实验研究

发布时间：2017-03-28 21:15

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【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。
【关键词】：平面电磁泵 数值模拟 电磁驱动力 铁心 泵沟
【学位授予单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2014
【分类号】：TH38
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-8
• 引言8-9
• 1 文献综述9-19
• 1.1 电磁泵技术产生背景9-11
• 1.2 电磁泵分类11
• 1.3 电磁泵技术与相关EPM技术11-17
• 1.4 电磁泵研究概况17-18
• 1.5 本文研究内容及意义18-19
• 2 平面交流感应电磁泵技术19-26
• 2.1 电磁学理论19-24
• 2.1.1 毕奥－萨伐尔定律19
• 2.1.2 洛伦兹力19-20
• 2.1.3 麦克斯韦方程组20-22
• 2.1.4 本构关系22-23
• 2.1.5 电磁场边界条件及控制方程23-24
• 2.2 平面交流感应电磁泵工作原理24-26
• 3 平面交流感应电磁泵数值模拟分析26-44
• 3.1 ANSYS软件可靠性26
• 3.2 电磁泵建模及计算条件26-29
• 3.3 计算结果及分析29-43
• 3.3.1 铁心组合方式的影响29-32
• 3.3.2 液态金属种类的影响32-33
• 3.3.3 泵沟材料及厚度的影响33-35
• 3.3.4 泵沟与磁极间隙的影响35-36
• 3.3.5 三相交流电相序的影响36-38
• 3.3.6 绕组装配位置的影响38-42
• 3.3.7 电流频率的影响42-43
• 3.4 小结43-44
• 4 平面交流感应电磁泵实验研究44-52
• 4.1 实验设备44-46
• 4.2 感应磁场强度46-49
• 4.3 液态金属的泵送49-51
• 4.4 小结51-52
• 结论52-53
• 参考文献53-57
• 在学研究成果57-58
• 致谢58

【参考文献】

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本文编号：273047