HT-7托卡马克低杂波天线的涡流及电磁力分析

用有限元方法详细分析并计算了HT 7超导托卡马克等离子体实验装置上低杂波天线壁上的涡流分布、感应磁场位形和天线所受电磁力.针对难以求解的磁场耦合问题,采用了新的迭代算法.具体的分析方法和计算结果对于研究复杂电磁环境下金属板上的涡流及其所受电磁力的分布具有一定的借鉴价值.     

高温超导块材磁通汇聚效应的数值模拟研究

高温超导块材在零场冷条件下感应产生的涡流可以有效地屏蔽外加磁场, 从而改变空间磁场分布. 通过合理的设计, 该效应可以被用来约束、 聚集磁通, 从而增大局域磁通密度, 对于需要高磁通密度和磁场梯度的应用具有重要意义. 本论文利用基于 H 方程的二维有限元数值模拟, 结合 GdBa2Cu3 O7 -δ 材料实测的Jc (B ,T ) 关系,研究了 GdBa2Cu3 O7 -δ 超导块材的磁通汇聚效果, 分析了超导块材的空间位置、 工作温度及不同外加磁场对其磁通密度放大效果的影响. 结果显示在30 K 的温度下, 外加11 T 的外加磁场时, 可以在间距为2 mm 的两块超导块体间隙获得17.2 T 的磁场, 磁场放大效率达到56 % .     

时域差分方法在软接触结晶器电磁场计算中的修正

通过对简化模型的理论推导,修正了Gandhi提出的低频电磁场的高频近似方法,使其适用于软接触结晶器电磁场计算.并利用三维程序对简化模型进行了验算,在此基础上,计算了软接触结晶器内的磁场、涡流和电磁力的分布.     

基于Ansoft的Bi系高温超导磁体临界电流的仿真计算

本文基于Bi2223/Ag超导带材的临界电流特性,探讨了高温超导磁体临界电流的计算方法,使用有限元电磁仿真软件Ansoft Maxwell建立了双饼线圈和小型超导磁体的模型,给出了磁场按方向分解后各分量的分布情况和找出各分量磁场的最大值的方法,利用各分量磁场最大值确定超导磁体的励磁直线,再依据超导磁体的励磁线和临界电流与各磁场分量的关系曲线确定其临界电流,并以实际双饼线圈和小型超导磁体对计算结果进行了验证,较小的误差证明了该计算方法的可行性.     

ITER杜瓦的电磁-结构耦合分析

文中介绍了ANSYS软件进行耦合场分析的两种方法,通过比较采用了载荷传递耦合法对ITER杜瓦进行了电磁-结构的耦合分析。先是应用ANSYS进行了杜瓦电磁分析,获得了等离子体线性36ms破裂情况下的涡流及电磁力的变化趋势;然后将获得的电磁载荷耦合到结构分析中,获得了结构的应力和应变。分析的结果表明现有的设计符合设计要求。     

电子束二极管脉冲磁场的涡流分析及抑制

针对强流脉冲电子束二极管金属表面涡流引起的器件内部磁场分布不均、电子束辐照材料表面处理效果不佳等现象,提出了多板钢联接式内壁与玻璃外壁相结合的双层结构设计。基于有限元仿真软件对电子束系统的磁场与涡流进行了数值计算,分析了涡流的影响因素和涡流对于电子束源磁场的影响。通过数值计算表明,设计的新型介质壁结构能有效降低涡流对于电子束的影响。该分析为消除感应涡流对真空二极管内部磁场的影响提供了理论依据,具有良好的参考价值。     

电磁搅拌中旋转磁场及洛伦兹力的数值模拟

由于工程中应用广泛的电磁搅拌问题很难得到解析解,通过有限元软件ANSYS对其进行了数值求解。结果表明：旋转磁场在结晶器搅拌区域内产生电磁力,使钢液在水平方向形成旋转流动。随着频率的增加,磁感应强度逐渐减小、电磁力密度则先增加后减小。在频率一定的情况下,通电线圈电压的增加可导致电磁力密度的增大,通过相关物理理论可对其进行合理解释。     

直线电机用高温超导块材磁体作用力—磁场特性分析

本文以探究高温超导块材磁体在同步直线电机实际应用特性为目标,搭建了对磁场、三维电磁力信号同时采集的多物理场测试平台.实验探究了作为直线电机次级的高温超导块材磁体所受电磁力、俘获磁通随充磁电流、电机初级三相交流电电流幅值、频率等参数的变化规律.理论分析了高温超导块材俘获磁通在行波磁场中的衰减规律.基于所得结论,提出可有效抑制磁场衰减的方法—引入铁磁材料,并重点讨论该方法对初次级间电磁力的影响.     

翼型绕流电磁控制的实验和数值研究

分布在弱电介质溶液中的电磁力(Lorentz力),可以有效地控制边界层的流动.利用以转动水槽为主的实验系统和基于双时间步Roe格式的数值方法,对翼型绕流的电磁控制进行了实验和数值研究.结果表明,对于一定攻角的翼型,电磁力可以控制其绕流形态.当电磁力方向与流动方向相同时,可以抑制分离,消除涡街,其效果与减小攻角类似.当电磁力的方向与流动方向相反时,可在流场中形成大涡组成的涡街,增强流体的混合能力,其效果与增大攻角类似. 关键词： 电磁力 翼型绕流 流体控制     

ITER����ĸ��ʧ��ʱCFT�����ĵ�ŷ���

采用了解析法和ANSYS软件对ITER超导母线稳态时在CFT冷屏上产生的磁场分布和失超时在CFT冷屏上产生的涡流分布做了对比分析,得到的结果相互吻合,这为后续的电磁-结构以及电磁-热耦合分析提供了参考数据。     

CFETR CSMC装配误差下的电磁状态研究

中心螺旋管模型线圈是为了积累中心螺线管线圈设计和制造经验而预研的一套混合超导磁体线圈,该线圈由五大模块组成,高场区采用Nb_3Sn线圈,低场区采用NbTi线圈,可以满足紧凑型聚变装置对低纵横比的要求.然而模型线圈各模块结构复杂、尺寸庞大在装配过程中不可避免的存在装配误差,线圈励磁以后产生的非对称磁场和电磁力将分别影响等离子体的旋转和线圈整体的稳定性.为了详细分析装配误差对线圈磁场和电磁力的影响,选取模型线圈在装配过程中可能出现的典型的装配误差,基于电流丝等效模型计算了NbTi线圈偏置以后Nb_3Sn内外线圈上的磁场和电磁力.计算结果表明,由于装配误差,线圈磁场沿环向呈不均匀分布,轴向电磁力合力不为零;轴向和径向装配误差对线圈磁场和电磁力的影响存在明显的差异;电磁力随着装配误差呈线性增长,当线圈装配误差较大时将引发数倍于线圈自重的电磁力;该研究结果可为偏置状态下模型线圈的耦合场分析和线圈模块的装配方案设计优化提供参考.     

Pressure pulse induced by a pulsed electric current in a cylindrical liquid conductor

An analogue of z pinch is considered for a finite-conductivity liquid in a cylindrical nonconducting tube through which an exponentially decaying current pulse is passed. The distributions of magnetic induction, current density, and volume electromagnetic force pressure in the conducting liquid cylinder are found by solving an equation for a quasi-stationary electromagnetic field and the equation of magnetohydrostatics with the operational method.     

电磁复合场制备匀质Zn-Bi偏晶合金的物理模拟

本文通过物理模拟的方法研究了强磁场复合交变电流作用对过偏晶合金凝固组织的影响机理,考察了电磁复合场下第二相初生液滴直径的演变规律,以及洛伦兹力作用下已分层少数相被"打碎"进入基体相的过程.结果表明:电磁体积力的增加,有利于液滴初始直径的减小;而交变电流频率的影响存在最佳值,偏离该值对初生液滴直径的抑制效果下降,这与实际试验规律一致;在电磁复合场作用下,已经分层的两液相可以重新实现均匀混合.这些效应有效缓解了偏晶合金凝固前第二相由于各种因素导致的偏聚,模拟结果直观地揭示了电磁复合场制备匀质偏晶合金的主要机理 关键词： 电磁复合场 偏晶合金 物理模拟     

强磁场对Al-Si合金凝固组织中硅分布的影响

为了揭示强磁场对金属凝固组织的影响规律，本文研究了Al-14.98%Si(质量分数)和Al-9.2%Si(质量分数)合金在强磁场作用下凝固组织的变化趋势，分析了强磁场对合金凝固组织中Si分布的影响.研究发现，均恒磁场和梯度磁场分别通过洛伦兹力和磁化力的作用对合金的凝固组织产生影响，强磁场可以显著改变初晶硅在合金中的分布状况.在均恒磁场作用条件下初晶硅在合金中均匀分布；在梯度磁场条件下，由于磁化力和浮力的共同作用，初晶硅在试样的上部或下部聚集.同时，磁化力也改变了共晶体在合金中的组织形态，使试样上部和下部共晶体的层片间距明显不同.理论和实验分析表明，Al-Si合金在强磁场中凝固时，磁场能作用于凝固过程，使共晶体中的Al含量增大，共晶点向左偏移. 关键词： 强磁场 凝固过程 共晶组织 Al-Si合金     

Sound field of an electromagnetic acoustic transducer

The characteristic of radiated sound field excitated within a non-ferromagnetic aluminum by an electromagnetic acoustic transducer consisting of circle-spiral coil and vertical bias magnetic field is studied.This article presents an improved force source model according to the principle of electromagnetic induction.Then the analytic displacement solution of sound field produced by that force source model is deduced.The tangential and normal directivities of shear and longitudinal sounds are calculated numerically and compared with experimental results.Experimental results conform well to the theoretical prediction,which not only shows that the electromagnetic acoustic transducer of this conformation has a good directivity of vertical shear-wave radiation,but also confirms the given force source model is effective to describe the actual physical behavior of the probe.Theoretical and experimental study lays a foundation for optimization design and engineering application of the electromagnetic acoustic probe.     

基于表面磁感应强度的铁磁构件应力恒磁表征方法

便捷获取铁磁承载构件应力对维护基础设施安全具有重要意义.其关键在于准确快速地确定随应力变化灵敏度高、线性度好的表征参数.现有电磁检测法一般在时变磁场线圈激励下,逐点分析实验结果来确定合适的表征参数,会带来线圈发热、涡流影响结果的问题,表征磁参数的确立繁琐.为此,本文提出基于表面磁感应强度的铁磁构件应力恒磁表征方法,采用永磁恒定磁化器产生全局衰减局部均匀的空间变化磁场作激励,用正交磁场测量单元拾取构件表面轴向和法向磁感应强度以表征应力.着重阐述基于表面磁感应强度的应力表征原理：根据退磁场理论、磁场强度切向连续性和磁场高斯定理,建立表面轴向和法向磁感应强度关于应力导函数之间的关系方程.最后开展实验验证.结果表明：根据该关系方程可快速准确地确定随应力灵敏度最高的表面磁感应强度,且其随应力变化线性度较好,拟合优度R²大于0.98,可作为应力表征磁参数.本文所提方法可为在线检测铁磁构件应力提供新途径.     

四注行波管周期永磁聚焦系统的优化设计

根据电子注参数、布里渊磁场公式及周期聚焦系统轴向磁通密度峰值经验公式,计算出永磁聚焦系统轴向峰值磁通密度,利用Ansoft Maxwell 3D软件建立了四注行波管周期永磁聚焦系统仿真模型,对模型结构尺寸进行了参数化分析,研究了周期永磁聚焦系统结构尺寸对聚焦系统通道内磁通密度的影响,确定了磁聚焦系统结构最佳尺寸配合,优化设计出了四注行波管周期永磁聚焦系统。其电子注通道中心轴线上轴向磁通密度峰值B_z=309 mT,横向磁通密度B_t=2.86 mT,B_t/B_z=0.92%。     

Standing Waves along a Microwave Generated Surface Wave Plasma

Two surface wave plasma columns, generated by microwave power in argon at gas pressures of 0.05 torr to 330 torr, interact in the same discharge tube to form standing surface waves. Radial electric field Er and azimuthal magnetic field H? outside the discharge tube are measured to be 90° out of phase with respect to axial position and to decay exponentially with radial distance from the tube axis. Maximum light emission occurs at the position of maximum H?, and minimum Er. Electron temperature and density are measured at low pressures with double probes inserted into the plasma at a null of Er. Measured electron densities compare well with those predicted by Gould-Trivelpiece (GT) surface wave theory. Measured electron temperatures are the same order of magnitude as temperatures predicted by positive column theory.     

强磁场下ITER垂直稳定性线圈的电磁性能研究

垂直稳定性线圈是ITER托卡马克装置中用以维持等离子体垂直稳定性的核心部件,然而该线圈处于强磁环境下,一旦线圈励磁运行以后,线圈电流与外部背景场交互作用激发的电磁载荷将会对线圈产生强烈的电磁冲击.为了分析稳态和瞬态电磁载荷对线圈结构的影响,首先采用电流丝等效模型并基于椭圆积分计算了背景场线圈和等离子体电流的磁场,以及极端运行状态下背景场所诱发的电磁力.在电磁计算的基础上,创建循环对称磁-结构耦合分析模型并采用间接耦合法,将电磁力密度以载荷边界条件插值到结构分析模型,计算评估线圈在稳态电磁载荷下的力学性能.此外,针对脉冲电流引起的电磁疲劳,采用ASME主应力方向恒定的疲劳设计规范,结合Goodman修正法并以无限次循环条件下材料应力强度为评定标准,对线圈各组件的应力进行了评定,结果表明线圈各组件均有足够的安全裕度.该分析方法可为托卡马克其它磁体线圈的电磁性能评估提供参考.