永磁体型磁场驱动金属液流动的研究

发布时间：2020-08-14 06:17

【摘要】：磁场作为一种不直接接触的物理场,在控制金属液流动及改善金属材料凝固缺陷方面有着十分广泛的应用。线圈型磁场在工业上,尤其是冶金行业高温环境下应用非常广泛,但同时也存在设备笨重、电能消耗大等缺点；永磁体型磁场的应用则会受到永磁体居里温度的限制,但它有电磁能利用率高、设计灵活、结构简单、节能环保等特点,在诸如工况复杂、工作区域狭窄、对工作温度要求不高等场合有其独特的优势。因此本文采用永磁体开发出不同类型的永磁体型磁场,并对其驱动下GaInSn金属液的流动规律进行深入研究。对所搭建的永磁体螺旋磁场和Halbach型螺旋磁场均采用数值模拟和实验测量的方法探究了其内部空间的磁感应强度分布。数值模拟和实验测量结果对比表明：采用小块扇形永磁体堆积搭建的螺旋磁场的磁场分布与理想永磁体螺旋磁场非常接近,可以认为是一致的。而Halbach型螺旋磁场的螺旋线上磁感应强度分布则集中在两块局部的空间区域,且磁场内部磁感应强度衰减较快。采用超声多普勒测速仪(UDV)对置于两种螺旋磁场中圆柱形有机玻璃容器内的GaInSn金属液的流动速度进行了定量测量,两种螺旋磁场均能驱动金属液形成子午面上的二次流和轴向环流两种流动模式。金属液径高比和永磁体层单元交错角度是影响两种流动模式之间相互转变的两个重要因素,永磁体螺旋磁场和Halbach型螺旋磁场的转变条件分别为1.25D/H1.375和1.375D/H1.5。在永磁体螺旋磁场驱动下,金属液无论是二次流还是轴向环流均展现出与稳定阶段流动模式截然不同的瞬变过程,且瞬变时间均小于1 s。而模式螺旋磁场作用下,轴向环流的流动方向周期性变换,二次流的流动方向则保持不变。模式频率fm在金属液的模式流动中起着至关重要的作用,对于二次流和轴向环流均存在一个最佳的模式频率(分别为fm=0.1 Hz和0.625Hz)使得轴向平均速度达到最大,磁场对金属液的搅拌作用达到最强。提出了一种有别于传统电磁搅拌的新型流体驱动电磁搅拌方法,使电磁搅拌可到达熔体内部任意位置,并进行了相关的原型实验,其中驱动介质的流量可调、可控。金属液GaInSn流速场定量测量结果表明：流体驱动电磁搅拌器可获得cm/s量级的流速场,获得了较理想的搅拌效果,对金属液而言是一种行之有效的电磁搅拌方法。
【学位授予单位】：钢铁研究总院
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：O441.4;TF01
【图文】：

可分为时变磁场和静磁场Ｗ；按照频率高低可分为低频磁场和高频磁场１７１；按照逡逑运动形式可分为旋转磁场、行波磁场、脉冲磁场和螺旋磁场等Ｗ。一般认为旋转、逡逑行波和螺旋磁场驱动下金属烙体的运动形式如图１－２所示Ｗ。逡逑，ｋｌ逡逑，．’Ｉ邋！：省逦‘邋Ｋ逦．人）逡逑ｙ邋，‘邋１邋塞仁：；Ｉ邋日邋＾邋Ｉ逡逑：／：逦’＞１１邋也置；％逦；兴置逡逑ｉ含户旨－，ｆ邋Ｉ逡逑Ｉ邋Ｉ逡逑W１－２不同形式电巧场驱动下金属巧体的运动形式Ｗ逡逑２逡逑

邋．逡逑｛邋？Ｍ邋１＾邋＊？＞ｉＴ邋ｊ＼＾逦＾邋？ｗｔ邋ｊ逦Ｉ逡逑图１－１材巧的电巧过程学科分类Ｗ逡逑１．２电磁力驱动金属液的流动特征逡逑１．２．１邋磁场的分类逡逑磁场按照产生方式可分为永磁体型磁场和线|!型磁场；按照是否随时间变化逡逑可分为时变磁场和静磁场Ｗ；按照频率高低可分为低频磁场和高频磁场１７１；按照逡逑运动形式可分为旋转磁场、行波磁场、脉冲磁场和螺旋磁场等Ｗ。一般认为旋转、逡逑行波和螺旋磁场驱动下金属烙体的运动形式如图１－２所示Ｗ。逡逑，ｋｌ逡逑，．’Ｉ邋！：省逦‘邋Ｋ逦．人）逡逑ｙ邋，‘邋１邋塞仁：；Ｉ邋日邋＾邋Ｉ逡逑：／：逦’＞１１邋也置；％逦；兴置逡逑ｉ含户旨－，ｆ邋Ｉ逡逑Ｉ邋Ｉ逡逑W１－２不同形式电

１．２．３逦行玻巧场驱动金属液的流动特征逡逑行波磁场是由旋转磁场发展而成的，Ｋ．ＺａｉｄａｔＰｓｉ详细阐述了如何由旋转磁场逡逑构建行波磁场，如图１－４所示，将圆简形旋转磁场沿圆柱巧线剪开，展成平面后逡逑沿另一侧卷起即可构成圆筒形行波磁场。逡逑Ａｓｙｎｃｈｒｏｏｏｕｓ逡逑翁y卞义

本文编号：2792628