永磁体型磁场驱动金属液流动的研究
Research of Liquid Metal Flow Driven by Permanent Magnetic Field
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1.25
- 作者：
- 王勃
- 学位授予单位：
- 钢铁研究总院
- 专业名称：
- 钢铁冶金
- 授予学位：
- 硕士
- 学位年度：
- 2015年
- 导师姓名：
- 那贤昭
- 中图分类号：
- O441.4；TF01
- 关键词：
- 电磁场；磁流体力学；永磁体；螺旋磁场；金属液；流动；二次流；轴向环流
- Electromagnetic field; Magnetohydrodynamics; Permanent magnets; Helical magnetic field; Liquid metal; Flow; Secondary flow; Global axial flow;