液态金属电磁泵设计理论中的几个基本问题(一)

对电磁泵设计中下列最有意义的几个问题进行了深人的理论探讨: 1.三相行波感应式电磁泵的横向端部效应. 2.行波磁场气隙中的磁场衰减. 3.平面型三相感应式电磁泵的纵向端部效应. 4.考虑导电壁面的无补偿直流电磁泵的基本规律. 以上的理论结果,大部分已同实验进行了比较,证实了这些理论结果的可靠性,纠正了文献[3]的设计方法中的一些重大错误. 这里叙述上述四个问题中的前两个,其余两个将在第二部分中叙述.     

轴对称压电-压磁圆柱夹层结构的圣维南端部效应

研究了半无限长轴对称压电-压磁夹层结构的圆柱体圣维南端部效应的衰减问题。圆柱的端部承受自平衡磁电弹载荷;圆柱的内外表面为机械自由表面,但承受不同的电磁边界条件,即电学短路或电学开路及磁学短路或磁学开路边界条件。基于横贯各向同性压电或压磁材料在轴对称圆柱坐标系下的本构方程,推导了关于衰减率的特征方程并求得问题的数值解。结果表明,边界条件、内外径之比、材料厚度比对结构的衰减率都有显著的影响。     

斜磁场作用下铁磁梁式板的磁场摄动分析

基于磁场摄动技术和广义变分原理得到的磁力公式,对铁磁梁式板在斜磁场作用下的磁场和磁力摄动展开研究.给出了考虑磁场端部效应情形时铁磁梁式板的摄动磁场及其磁力摄动表达式,使得解析分析斜磁场作用下铁磁梁式板磁弹性耦合问题成为可能.研究表明:只有考虑了磁场端部效应的斜磁场磁力摄动公式才能模拟铁磁结构的弯曲模式且能够定性揭示铁磁简支梁式板弯曲构形为双半波形.     

矩形截面直管的磁流体力学流动

一、前言 外加磁场平行于电极平面的导电流体内部流动,是一类重要的磁流体力学管道流动问题。在实用上,研究这类问题可以为磁流体力学直接发电器、电磁泵、电磁流量计等工程磁流体力学课题提供理论分析的依据。在理论机理上,研究壁面的电势间断在流场中     

金属管件外检式电磁超声导波换能器电磁场量的解析计算式

电磁超声导波检测具有检测精度高、适合高温检测、无需耦合剂等优势,已成为无损检测领域中重要的检测技术。电磁超声导波检测的核心部件是电磁超声导波换能器。本文针对一种非铁磁性金属小径管外检式电磁超声导波换能器,基于扩展截断区域特征函数展开法(ETREE)分别推导偏置磁场奇对称、偶对称,暂态电磁场奇对称、偶对称及四种组合形式下(偏置磁场奇对称与暂态电磁场偶对称组合、偏置磁场奇对称与暂态电磁场奇对称组合、偏置磁场偶对称与暂态电磁场奇对称组合、偏置磁场偶对称与暂态电磁场偶对称组合)的电磁场量解析计算式。通过与有限元仿真结果进行对比,发现四种组合情况下解析计算式求解得到的洛伦兹力与有限元仿真(FEM)所得结果吻合,相对误差小于5%,且求解时间更短,验证了本文所提解析计算式的正确性及高效性。     

电磁力作用下发电机定子端部绕组的两自由度主共振

对压板松动时大型汽轮发电机定子端部单根绕组的两自由度主共振问题进行了研究．在给出定子端部绕组区域磁感应强度表达式、绕组所受电磁力以及与松动压板间摩擦力计算式的基础上,建立了研究绕组非线性电磁振动的力学分析模型．采用多尺度法对两自由度主、内共振问题进行求解,得到了稳态运动下的幅频响应方程和解的稳定性判定条件．通过算例,得到了反应系统跳跃现象和软硬特性的幅频响应曲线图,以及响应图、相图、Poincare映射图和频谱图,并阐述了系统可能存在的周期运动和锁模现象。     

磁场对电磁弹性板中Lamb波频散特性的影响

研究了静态磁场下电磁弹性结构中Lamb波的传播行为.在确定静态磁场下电磁弹性板中耦合初始广义应力(弹性应力、电位移和磁感应强度的基础上,推导了含初始广义应力时板中Lamb波传播的运动方程,并由此获得了对称模态和反对称模态时的频散方程.以由BaTiO3-CoFe2O4材料构成的电磁弹性板模型作为数值算例,绘制了Lamb波传播的对称模态和反对称模态频散曲线.计算结果表明磁场对Lamb波的频散特性有一定的影响.     

液浮陀螺电磁场有限元分析

针对液浮陀螺的永磁陀螺电机漏磁场可能造成陀螺噪声大的问题,需首先搞清永磁陀螺电机的漏磁场量值及分布以及与之可能产生耦合力矩的力矩器端部漏磁的量值及分布。用有限元软件ANSYS对其内部主要电磁元件进行了三维有限元数值计算,得出这些元件的气隙磁密分布图和它们的漏磁形式及大小;分析得出陀螺电机的外圆柱面和力矩器端部存在着较大漏磁,两者存在着磁场的耦合作用。在设计中应对陀螺电机的外圆柱面和力矩器的端部施加磁屏蔽。     

爆炸对自然磁场干扰机理

爆炸产生的电磁场对爆炸测试有较明显的干扰, 一些含金属炸药产生的电磁干扰甚至可以使设备失效, 为了给出爆炸产生电磁效应的理论分析方法和特性, 针对常规炸药爆炸过程中观察到的自然磁场扰动现象进行理论机理和数值模拟研究. 采用热平衡电离理论描述爆炸过程中产生的电离气体, 结合爆炸问题的数值模拟方法, 获得爆炸场中电导率的时空分布, 计算磁场扩散率; 基于非理想全磁流体力学方程求解一定磁扩散率下等离子体高速运动引起的自然磁场扰动, 实现爆炸产生磁场效应的二维模拟; 对比炸药不同起爆条件对产生磁场扰动的影响, 结果表明: 炸药起爆参数对磁场扰动有很大的影响, 这种影响源自于电导率的巨大差异, 虽然爆轰产物的高速运动有引起磁场大幅度扰动的能力, 然而只有具有一定电导率的爆轰气体才能冻结磁场扰动. 数值模拟结果与文献中的结果进行了对比, 模拟得到的由电磁波引起的磁场扰动在时间尺度上与文献结果符合较好, 从一定程度上证明了数值模拟方法的可靠性. 本文的数值模拟结果指出炸药几何构型不对称的时候, 在自然磁场取不同方向时将会产生不同的磁场扰动强度, 而这是目前该领域中尚且无人关注和讨论过的问题.      

爆炸对自然磁场干扰机理

爆炸产生的电磁场对爆炸测试有较明显的干扰,一些含金属炸药产生的电磁干扰甚至可以使设备失效,为了给出爆炸产生电磁效应的理论分析方法和特性,针对常规炸药爆炸过程中观察到的自然磁场扰动现象进行理论机理和数值模拟研究.采用热平衡电离理论描述爆炸过程中产生的电离气体,结合爆炸问题的数值模拟方法,获得爆炸场中电导率的时空分布,计算磁场扩散率;基于非理想全磁流体力学方程求解一定磁扩散率下等离子体高速运动引起的自然磁场扰动,实现爆炸产生磁场效应的二维模拟;对比炸药不同起爆条件对产生磁场扰动的影响,结果表明:炸药起爆参数对磁场扰动有很大的影响,这种影响源自于电导率的巨大差异,虽然爆轰产物的高速运动有引起磁场大幅度扰动的能力,然而只有具有一定电导率的爆轰气体才能冻结磁场扰动.数值模拟结果与文献中的结果进行了对比,模拟得到的由电磁波引起的磁场扰动在时间尺度上与文献结果符合较好,从一定程度上证明了数值模拟方法的可靠性.本文的数值模拟结果指出炸药几何构型不对称的时候,在自然磁场取不同方向时将会产生不同的磁场扰动强度,而这是目前该领域中尚且无人关注和讨论过的问题.     

液态金属电磁泵

液态金属电磁泵是一种利用液态金属中的电流和磁场相互作用而产生的电磁力来输送液态金属的装置,简称电磁泵。液态金属是一种导电的连续介质。它在电磁场的作用下,有一系列不同于普通电机的独特现象。电磁泵没有机械转动部件,因     

轴向运动导电薄板磁弹性耦合动力学理论模型

针对磁场环境中轴向运动导电薄板的动力学理论建模问题进行研究,得到较为完备的磁弹性耦合振动基本方程及相应的补充关系式。在考虑几何非线性效应下,给出薄板运动的动能、应变能以及外力虚功的表达式。应用哈密顿变分原理,推得磁场中轴向运动薄板的非线性磁弹性耦合振动方程,并得到力和位移满足的边界条件。基于麦克斯威尔电磁场方程,并考虑相应的电磁本构关系和电磁边界条件,推得任意磁场环境中轴向运动导电薄板满足的电动力学方程和所受电磁力表达式。分别针对纵向磁场环境、横向磁场环境、条形板等具体情形,给出了振动方程、电动力学方程和电磁力的简化形式。所得结果,可为此类问题的进一步求解和分析提供理论参考。     

液态金属电磁泵

液态金属电磁泵是一种利用液态金属中的电流和磁场相互作用而产生的电磁力来输送液态金属的装置,简称电磁泵。液态金属是一种导电的连续介质。它在电磁场的作用下,有一系列不同于普通电机的独特现象。电磁泵没有机械转动部件,因 ...     

流向磁场下球形气泡绕流的线性稳定性分析

电磁冶金中氩气通常作为动力和载体将脱硫剂、脱氧剂吹入到液态金属中,因此存在磁场环境下气泡在液态金属中自由运动的问题,而绕流作为自由运动的特殊形态,是研究自由运动问题的第一步.本文通过有限元方法研究流向磁场作用下球形气泡绕流的全局线性稳定性,讨论基本流对时间-方位角模态小扰动的响应,发现了8个不稳定的驻定模态,并绘制它们在Re-Ha参数平面的中性曲线.结果显示方位角波数m=1的驻定模态首先导致第一次常规分岔,该模态已被广泛证实为轴对称绕流中最不稳定的模态,使轴对称尾迹转变为由一对反向旋转涡组成的单平面对称尾迹.同时第一次分岔的中性曲线展示磁场对球形气泡绕流先失稳后致稳的作用.后续分岔依次由定模态导致.这些分岔为认识磁场环境下气泡绕流的尾迹结构提供重要的参考价值.     

端部控制磁流变液阻尼器实验研究

以提高磁流变液阻尼器控制性能为目的,分析了活塞式磁流变液阻尼器结构特点,并提出了端部阻尼器结构;通过实验研究明确了磁流变液流经圆形截面和矩形截面的力学特性,总结了磁流变液流经不同类型和尺寸的小孔的粘性阻尼力特性和磁场作用时的磁场效应,并得出了提高端部阻尼器控制性能的方法和措施。设计出控制性能较好的矩形截面孔的端部控制磁流变液阻尼器。给出阻尼器最大阻尼力和可控比与线圈磁场强度关系。     

具非对称截面单体的双体船的对称波激响应

本文研究了具非对称截面单体的双体船的对称波激响应,包括船体的刚体运动,即升沉和纵摇(沿纵向铅垂面的垂向平移及绕重心的转动),以及振动。一方面由于船体截面的主惯性轴与船体的升沉运动不重合,即振动平面与刚体运动平面不重合。另一方面由于两个单体是通过两个定点相互约束的(即每个单体不但受分布的外荷而且受到集中的外荷),从而使得按照Bishop的水弹性理论研究此波激响应问题变得不可行了。本文推导出此类问题的运动微分方程,提出了解决此类问题水动力的计算方法,把Bishop的理论向前推进了一大步。并对一条对开式泥船进行了计算。     

双材料反平面问题界面端奇异应力场分析

利用位移函数的级数展开,对任意角度的反平面问题界面端的应力场进行了分析研究,得到了全场解。研究一阶场后发现,奇异规律与一般平面问题界面端有显著区别,在界面端关于界面对称的情况下,平角界面端(θ1 = θ2 = θ = 90°) 应力场没有奇异性,其它形状的界面端随着角度θ 从90°到180°,奇异指数也从0到0.5。当界面端是非对称时,平角界面端(θ1 θ2 = 180°)、直角界面端(θ1 = 90°,θ2 = 180°)以及其它形状界面端的奇异指数是一个与两相材料常数比Γ有关的常数。以上两种情况下的应力强度因子完全类似单相材料中裂纹尖端附近应力强度因子,故可根据定义得到     

圆锥滚子的等温弹流润滑数值分析

通过数值求解研究了圆台与平面之间的等温弹流润滑问题,分析了两固体所形成的弹流润滑区内压力和膜厚分布曲面,并且讨论了端部修形对接触区内压力和膜厚的影响.结果表明:由于圆锥滚子几何形状的特点,导致接触区内压力和膜厚的分布曲面出现斜度;圆锥滚子的端部修形可以降低端部高压,增加端部油膜厚度.     

斜磁场中矩形铁磁薄板的几何非线性磁弹性行为分析

基于复杂磁场中铁磁介质磁弹性广义变分原理,给出了包含磁场、铁磁薄板几何非线性的一组基本方程,并对斜磁场中铁磁薄板的磁弹性弯曲问题进行了分析．根据铁磁板内磁场分布特点定性分析了铁磁薄板所受磁力的特征,建立了考虑铁磁板磁场端部效应以及耦合非线性、几何非线性的磁弹性有限元模型,数值模拟了铁磁薄板的磁弹性耦合弯曲特性并给出铁磁悬臂、简支薄板随磁场倾角变化的磁弹性弯曲变形特征等,数值结果与定性分析结果吻合良好．     

电磁连铸中梯约束效应的数值模拟

在连续铸刚中,控制钢的初期凝固有减小波纹状的表面振痕,对生产无表面缺陷的铸坯是极端重要的。由磁流体力学理论可知,利用交变磁场地磁约束效应,实现弯月与结晶器壁之间的“软接触”,从而能生产无表面缺陷的铸坯,在电磁连铸中,确定弯月面形状是磁约束计算中的重要内容,也是成功实现电磁连铸的关键,以基于高频高磁场的方形冷坩埚电磁连铸（４Ｃ过程）作为研究对象,导出以感应电流作为未知量的描述弯月面形状的流体和电磁等