低频磁场驱动金属熔体的数值模拟

来源 :内蒙古科技大学 | 被引量 : 0次 | 上传用户:huangma2009
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对金属熔体电磁驱动是材料电磁加工的关键技术之一。电磁力作为外力作用在金属熔体内部,可以有效的控制和驱动金属液体的流动。目前,电磁驱动技术广泛应用于材料制备以及金属熔体输送等方面。根据电磁驱动金属熔体形式的不同,可以把电磁场分为旋转型磁场,直线型磁场和螺旋型磁场。其中,旋转型磁场和直线型磁场应用最广。目前,对于电磁驱动的数值模拟研究大多关注外加电场对驱动效果的影响,而诸如驱动装置结构及位置变化所带来的影响较少有人提及。本文以电磁驱动理论为基础,对电磁驱动技术进行数值模拟计算。电磁搅拌和电磁泵技术是利用旋转性磁场和直线型磁场驱动金属熔体的典型工艺。通过对这两种磁场驱动金属熔体的数值模拟研究,对比磁感应强度和感应电流的周期性变化,来分析旋转型磁场和直线型磁场驱动金属熔体的作用机理,以及造成运动形态不同的原因。利用旋转型磁场驱动金属熔体,瞬态磁场在水平面周期性旋转,且变化周期与外加电流一致。通过计算分析,我们发现:驱动器与金属液之间的金属良导体对于磁场有很强的屏蔽作用,会产生端部效应。因此我们通过调整驱动线圈与金属导体下端口相对位置来研究这种屏蔽作用所带来的影响。结果表明:驱动器位置下移后,在水平钢液面磁场大小和方向都有显著的变化,磁场及电磁力明显增大。而且会产生竖直向上的分力。同时,线圈位置下移后,水平方向分力在中心点两侧呈中心对称分布,正是这个分力驱动钢液沿水平面旋转运动。直线型磁场沿直线方向移动且在空间形成闭合磁路,通过变化外载荷参数及驱动装置结构来研究电磁力的影响因素。增大电流及线圈匝数可以明显增大电磁力。但是电流频率过大,电磁力反而减小。本文在电流40A情况下,频率为20Hz电磁力最大。而减小内外铁芯距离,以及提高内芯材料的导磁性能,可以有效增大电磁力。将磁极面积由0.02m~2增加至0.03m~2后,平均电磁力增大,而且瞬时电磁力在整个周期内的波动性减小,有利于平稳输送金属液体。通过计算和分析,进一步掌握低频磁场驱动金属熔体的特点,所得结论及规律为扩大和提高电磁驱动技术在实际生产的应用提供理论支持。
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