超导悬浮系统中电磁力的有限元分析

利用超导体宏观电磁场的Bean模型和有限元方法对由超导体和超导悬浮线圈所组成的悬浮系统进行了分析计算,通过定量计算与模拟,得到了超导体感应的屏蔽电流分布,从而得到了悬浮间隙及悬浮线圈中的电流对悬浮力的影响规律,同时分析了悬浮线圈尺寸与最大悬浮力之间的关系。这些数值计算结果为优化超导悬浮系统的结构设计提供了理论依据。     

声悬浮的实验研究和数值模拟分析

介绍了自行研制的一种磁致伸缩式单轴超声悬浮装置,用此装置实现了尺寸1—7mm的若干种金属、半导体和有机物在空气中的稳定悬浮和定位,可悬浮样品的密度高达11.3g/cm³.为了优化谐振腔设计,采用边界元方法结合两类不同结构的谐振腔模型研究了谐振腔几何形状对声场分布以及悬浮定位能力和悬浮稳定性的影响. 关键词：     

圆形线圈对超导球体的悬浮力特性分析

针对超导球体和圆形线圈之间的力的作用,介绍了一种简化而有效的计算悬浮力的方法。在此基础上,对线圈和超导球体的几何形状尺寸以及两者之间的相对位置关系对悬浮力的影响进行了综合的分析和讨论;对悬浮力在随着线圈和超导球体的具体参数的变化规律做了定量的分析。总结出的结论为超导悬浮系统的分析和设计提供重要的参照。     

利用声光衍射测量海水中悬浮沙浓度的研究

本文提出了利用声光衍射来测量海水中悬浮沙浓度的方法.依据声光衍射理论和超声在悬浮液中传播特性,推导出声光衍射损耗系数之比与悬浮沙浓度的关系式,并利用He-Ne激光器,对浓度低于1kg/m³的高岭土海水悬浮液进行了实验.     

永磁导轨上高温超导块材排布方式与悬浮力关系的研究

本文研究了YBCO块材排布方式与其在永磁导轨上悬浮力的关系.实验结果表明:悬浮力与随悬浮间距成指数关系.而YBCO块材在导轨上方排列方式的不同,导致沿轨道横截面方向,每块超导块获得的悬浮力平均值差异较大.当超导块集中分布于轨道上方磁场强度最大的区域时,超导块平均悬浮力最大.这意味着,与其他排布方式相比,在获得同等悬浮力情况下,这种排布方法的超导块用量最少.这一结果对于超导磁悬浮系统的设计具有指导意义。     

光电反馈式静电悬浮与静电悬浮力测定

本文提出光电反馈式静电悬浮的新方法,简要讨论静电悬浮的原理、装置及其光电反馈控制过程.采用铝片和CD光盘作为悬浮体,测定了不同静电电压和不同悬浮间距时的静电悬浮力,揭示了它们之间的相互关系.结果显示这两种悬浮体均可获得足够的静电悬浮力,证明了静电悬浮的可行性.静电悬浮方法的显着特点是既适用于导电体与非导电体的悬浮,又适用于磁性体与非磁性体的悬浮,克服了传统磁悬浮技术仅适用于磁性体的局限性,可广泛应用于精密元器件的悬浮与非接触无损操作.     

具有环形限位夹持力的单轴式超声悬浮系统

基于超声悬浮原理,通过改变单轴式超声悬浮系统的反射和发射端的几何形状,利用凸状发射、反射面在悬浮区域周围产生环形声辐射力势阱作为限位夹持力,提高悬浮样品在驻波声场中的悬浮稳定性。基于时域有限差分法,研究不同谐振腔内的声辐射力分布,以及影响声辐射力大小的因素,优化环形限位夹持力和悬浮力。理论及实验研究结果表明,具有环形限位夹持力的超声悬浮系统可以提高普通单轴式超声悬浮装置对悬浮样品的稳定性。      

光电反馈式静电悬浮的机制研究

本文主要讨论光电反馈式静电悬浮的理论问题。研究在静电场作用下导电悬浮体的静电感应机制和绝缘悬浮体的静电极化机理,推导出悬浮体表面的感应电荷或极化电荷的计算公式,以及作用于悬浮体上的静电悬浮力的计算公式,在理论上揭示了静电力与电极电压、电极面积、悬浮间距及悬浮体电学特性等因素之间的关系。结果表明,导电悬浮体表面的感应电荷量比绝缘悬浮体表面的极化电荷量多,因此前者所受的静电悬浮力比后者大,但两者均可实现静电悬浮,这些结论与实验结果完全符合。本文工作为实现静电悬浮的光电反馈控制提供了理论依据。     

基于生物光学算法的海洋悬浮粒子检测技术研究

 通过研究分析海水中几种主要物质的固有光学特性,提出了基于生物光学算法的机载蓝绿激光雷达检测海洋悬浮粒子的方法。针对海洋悬浮粒子的两类代表物质浮游植物和非色素悬浮粒子,采用生物光学算法,分别构建了基于机载蓝绿激光雷达的浮游植物叶绿素浓度检测模型和非色素悬浮粒子浓度的检测模型。仿真计算可以证明这两个检测模型能有效探测出浮游植物叶绿素浓度的大小和非色素悬浮粒子浓度,为实际海洋悬浮粒子的检测提供理论基础和技术支持。     

一维单轴式超声悬浮的实验研究

由声波发射端和反射端构成超声谐振系统,其发射端和反射端间形成超声驻波.在波节处声辐射压的合力可以悬浮微重力样品,称为单轴式超声悬浮;是一种有望成为具有应用价值的无容器处理技术.作者在参加物理第二课堂活动中,对此作了初步的实验研究,成功地悬浮起发泡材料等小物体以及蚂蚁等小动物,并观察研究了它们的悬浮姿态.     

光电反馈式静电悬浮及静电力机制研究

本文介绍了光电反馈式静电悬浮方法 ,给出了静电悬浮力的理论计算公式 ,讨论了静电力与电极电压、电极 -悬浮体间距、悬浮体材料等因素之间的关系。通过实验测定了静电力与上述因素之间的关系曲线 ,获得了理想的结果。理论分析与实验结果均表明 ,实现导体与常规非导体的静电悬浮是完全可行的     

超声悬浮过程中圆柱体的旋转运动机理研究

研究了圆柱体在超声悬浮过程中的旋转运动机理.实验发现:悬浮圆柱体的密度和长径比越小,转动惯量越小,其稳态旋转的转速越大;反射端在水平方向的偏移会产生回复力矩,使圆柱体停止旋转,且圆柱体静止时的轴线方向与反射端偏移方向垂直;在圆柱体两端加入适当的外界干扰可以主动抑制其旋转.计算表明,悬浮圆柱体的旋转起源于其质心偏移产生的力矩,而反射端位置的偏移以及发射端的倾斜均会抑制圆柱体的旋转.     

近场超声悬浮启浮瞬态行为的理论分析及实验测试

超声悬浮气膜瞬态行为的认识对悬浮体运动规律及悬浮精度控制等都有着重要作用。运用气体动力学理论研究超声挤压问题,建立了自由悬浮体瞬态气膜压力及其非线性动力学模型.应用数值方法对模型进行求解,获得超声激励下气体挤压膜在启浮过程中的瞬态压力分布、承载能力以及悬浮盘位移的变化规律。分析发现激励盘振幅、频率等参数对启浮过程的瞬态行为有着显著的影响,激励盘振幅越小、激励频率越高,启浮过渡过程达到稳态所需时间越长。在理论分析的基础上还对瞬态启浮过程进行实验研究,应用激光位移传感器对瞬态悬浮位移进行测试,发现理论分析和实验测试结果一致性较好。      

永磁体在磁流体中的磁力学建模及自悬浮位置可控性

以球形永磁体和球形容器为对象,推导出永磁体磁浮力模型,分析磁导率、永磁体的剩余磁化强度和永磁体半径、容器半径以及永磁体相对于容器中心位置的位移对磁场力的影响,结论具有一定普遍性.计算结果表明各参数均遵循一定规律对磁场力产生影响,始终有满足自悬浮现象的条件存在.通过对悬浮平衡位置特征分析,论述各变化参数与自悬浮位置的关系,并讨论实现自悬浮位置的可控性途径. 关键词： 磁流体 磁场力模型 自悬浮     

NdFeB永磁轨道上方YBaCuO块材的悬浮稳定性与场冷位置间关系

如何获得稳定悬浮是高温超导磁悬浮系统的一个重大问题.高温超导体在外磁场中所受的悬浮力和导向力是两个衡量系统悬浮稳定性的重要参数.本文实验研究了场冷情况下NdFeB永磁轨道上方YBaCuO块材在竖直运动和水平运动时所受悬浮力和导向力的情况,并且根据Bean模型开发了数值计算程序用于悬浮力和导向力的计算分析.不同竖直场冷高度下计算值和实验值获得了较好的一致性.实验结果和计算结果都显示出永磁轨道场中高温超导体所受的两个力与其场冷历史有着密切的关系,也就是说超导体的悬浮稳定性受场冷历史影响程度较大.不同的竖直场冷高度,其最大悬浮力的变化趋势和最大导向力的变化趋势相反.较小的水平场冷位置导致了较大的导向力和较大的磁滞.根据上述结果,为了获得较优的悬浮稳定性,本文推荐了可行的场冷高度范围和有效的高温超导体组合方式.     

双向调节法在悬浮实验中的成功应用

打破传统悬浮实验方法,运用双向调节法,在盐水中很好地完成了悬浮实验.     

高温超导悬浮系统的振动属性研究

本文研究了YBCO高温超导磁悬浮系统在竖直方向上不同的悬浮高度,不同的振动频率扰动下的振动属性．研究表明在一般的小的扰动下,悬浮系统类似于一个弹簧系统,该系统可以恢复到初始的悬浮高度．而当系统受到一个共振频率的扰动时,系统会发生剧烈的振动,会引起能量的损失,悬浮高度的降低．系统的共振频率会随着系统初始悬浮高度的降低而增...     

声学悬浮技术及其应用

声学悬浮技术是利用声学方法将一个小客体稳定地悬浮在声场中某一位置,从而研究其与声波相联系的力学性质的一种新的有效实验手段.所谓悬浮就是说没有明显的机械支撑,而是由一种悬浮力来平衡该客体的重力.在声学悬浮技术中,这种悬浮力就主要是由不随时间改变的二阶声辐射压力提供的. 由于声学悬浮技术简单易行,而且除了伴随声波产生的少量热量以外,几乎对客体没有     

声悬浮及声速测定实验仪的设计

《声速测定》是大学物理实验中比较普遍的一个综合性实验。在声速测定实验仪的基础上,改进了信号源,并制作了声悬浮配件,使其实现既可以用多种方式测量声速,又可演示声悬浮实验现象。声悬浮及声速测定实验仪悬浮稳定性强,声速测定准确,仪器造价低,使用方便,这样设计节省了实验室资源和空间。     

超声波声速测量实验的拓展

对传统的声速测量实验内容进行了拓展,利用发射换能器和接收换能器构成的超声谐振腔形成的稳定驻波,演示了声辐射力与物体自身重力平衡时的声悬浮现象;在此基础上,利用泡沫小球的动态声悬浮过程对超声驻波的波长进行了测量,计算得到的声速结果与参考值的百分误差为2.1%。上述实验内容的拓展,让学生对超声波驻波场的产生、分布、力学效应有了更直观的认识和理解,也让学生在传统实验的基础上了解了声悬浮这一技术,不仅增加了学生的实验兴趣,而且扩大了学生的知识面与实验技能。