搅拌子磁悬浮悬浮原理及动态平衡实验探究

在某些特定情况下,磁力搅拌器的“搅拌子”在搅拌时,能在黏性流体中出现稳定上升和悬浮的情况。基于此现象,该文设计了一系列实验探究“搅拌子”动态稳定的原理以及相关影响因子的影响机制。对于磁悬浮原理方面,主要通过观测悬浮过程中6个阶段搅拌子的自旋转情况,并建立流体内圆柱体旋转模型进行分析,得到搅拌子动态悬浮过程中的受力情况。对于影响因子方面,该文从黏性流体、搅拌子形状及规格等方面入手,通过实验观测各条件下搅拌子的最小悬浮角速度,反映出各因子的影响机制,并验证了圆柱体旋转模型的合理性。最终得到在本实验中8.0mm×45.0mm的棱柱形搅拌子在26.0℃纯甘油(946.00泊)中维持磁悬浮所需搅拌磁棒转速最小,ω_up为171.5r/min、ω_down为262.0r/min。该实验探究成果为旋转式磁悬浮在水中升降机的应用提供了一定的参考。     

基于MATLAB的珠子动力学分析

圆环绕着垂直于直径的轴旋转,珠子处于旋转的圆环内,让珠子在环内凹槽中滚动。采用MATLAB模拟仿真对珠子进行动力学分析,结果表明,摩擦系数μ和圆环半径R一定时,圆环转动角速度ω越大,珠子运动的最大角度位置越大;角速度ω和圆环半径R一定时,摩擦系数μ越大,珠子运动的最大角度位置越小;角速度ω和摩擦系数μ一定时,圆环半径R越大,珠子运动的最大角度位置越小。特征时间与角速度ω及摩擦系数μ有关,摩擦系数μ一定时,角速度ω越大,特征时间越小;角速度ω一定时,摩擦系数μ越大,特征时间越大。     

磁子在粘性液体中稳定悬浮现象的研究

理论和实验表明,磁力搅拌器能提供一种简单的被动磁悬浮方法,在这种方法中,悬浮子可以长时间地稳定悬浮。研究了这一现象,理论分析了悬浮的起因,并定量分析了悬浮子的运动(垂直振荡、旋转和摇摆的组合),实验结论与力学模型分析结果非常吻合(运用龙格库塔方法解二元二阶微分方程组)。本研究对双向微流控泵的发展具有启示意义,提供了复杂的商业悬浮器的替代方案。     

基于粒子图像测速技术的涡旋简易测控

基于立轴涡旋理想模型结合漏水及水泵冲击方法精巧设计了抽水进水平台,利用该装置生成稳定且可控的流体涡旋.采用跟踪流体运动的示踪粒子、激光器、CCD相机等器材构成本实验的测量系统,利用Virtual Dub软件处理视频得到连续分帧的清晰像,通过PIV粒子图像测速技术对摄取图像进行处理,得到不同高度、距离涡旋中心不同距离的三维平面内的涡度、速度环量等涡旋相关物理量的具体数据.结果表明:对于同一稳定流体涡旋,越靠近涡旋中心,流速越小,涡度越大;涡旋高度越高,涡旋表面速度越小.     

直流磁场控制电磁悬浮熔炼旋转稳定性的理论分析

在没有直流磁场和存在直流磁场两种情况下,对悬浮于高频磁场的导电球在旋转扰动情况下的稳定性进行了理论分析.悬浮感应器电流的无量纲角频率为ω-.在不存在直流稳定磁场的固态球悬浮情况下,存在一个临界无量纲角频率ω-c.当ω-<ω-c,球形悬浮试样对于旋转干扰是稳定的;当ω->ω-c,球形悬浮试样对于旋转干扰是不稳定的.在直流稳定磁场的固态球悬浮情况下,存在一个无量纲角频率下限ω-c,1和上限ω-c,2.当ω-<ω-c,1或者ω->ω-c,2,球形悬浮试样对于旋转干扰是稳定的;当ω-c,1<ω-<ω-c,2,球形 关键词： 电磁悬浮 熔炼 旋转干扰 旋转稳定性 无量纲角频率 直流磁场     

损耗调制CO2激光脉冲的噪声特性

由于自发辐射噪声的涨落,CO2激光器的脉冲峰值强度与时间延迟密切相关。理论和实验研究发现,对于典型的B类CO2激光器．在损耗调制情况下,当脉冲峰值出现在最低腔损耗to之前时,初始自发辐射噪声越大,相对于阈值点的第一个渡跃时间tFP越小,对应的峰值强度越小;当脉冲峰值出现在最低腔损耗to之后时,初始自发辐射噪声越大,相对于阈值点的第一个渡跃时间tFP越小,对应的峰值强度则越大。     

磁悬浮转动演示仪的设计与测试

磁悬浮转动演示仪运用了数字电子技术、电磁学等的理论知识和线性霍尔传感器的基本原理,通过主、副控制电路,能够使不同质量磁性物体及同质量磁性物体在不同位置稳定悬浮;同时利用电磁驱动原理,设计驱动和制动电路,能够使磁性悬浮体以不同角速度旋转和制动.测试了悬浮体转动的角速度与滑轨上电磁铁的起始作用位置、滑轨两端电压以及电磁铁的磁场间的关系,实验结果与理论分析一致.     

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.     

基于Mathematica对磁力搅拌器搅拌粘性流体时出现的搅拌子磁悬浮现象再分析

磁力搅拌器在搅拌粘滞流体的过程中,存在一种搅拌子上跳并且磁悬浮的现象,一论文对该现象的机械运动给出了解释,使用了磁偶极子假设和单倍周期关系,而磁偶极子假设可以使用更接近实际情况的具有厚度的环形磁铁计算：通过将搅拌器的环形磁铁拆分成一组电流环再积分,可以给出更为精确的结果。同时基于Mathematica的数值计算也找到了支持单倍周期关系的理论依据。该现象对存在磁场时的角速度测量装置和复杂的磁悬浮装置给出了可替代方案,而解析的磁场能用于厚环形磁铁磁场的计算。     

声子之间的相互作用对量子线中磁极化子性质的影响

研究了量子线中弱耦合磁极化子的性质.采用线性组合算符和微扰法导出量子线中弱耦合磁极化子的基态能量.在计及电子在反冲效应中发射和吸收不同波矢的声子之间的相互作用时,讨论了量子线的受限强度、电子-LO声子耦合强度和声子之间相互作用对量子线中弱耦合磁极化子的基态能量的影响.数值计算结果表明:量子线中弱耦合磁极化子的基态能量随量子线的受限强度ω₀的增大而迅速增大.当受限强度ω₀取相同值时,电子-声子耦合强度α越大基态能量E₀越小,磁场的回旋频率ω_e越大基态能量E₀越大.在弱磁场情况下,当ω₀<0.5时,随着量子线的受限强度ω₀的减少p值迅速增大,即对于弱磁场声子之间相互作用的影响不能忽略.     

低频超声空化场中柱状泡群内气泡的声响应

本文在气泡群振动模型的基础上,考虑气泡间耦合振动的影响,得到了均匀柱状泡群内振动气泡的动力学方程,以此为基础分析了低频超声空化场中柱形气泡聚集区内气泡的非线性声响应特征.气泡间的耦合振动增加了系统对每个气泡的约束,降低了气泡的自然频率,增强了气泡的非线性声响应.随着气泡数密度的增加,气泡的自然共振频率降低,受迫振动气泡受到的抑制增强.数值分析结果表明:1)驱动声波频率越低,气泡的初始半径越小,气泡数密度变化对气泡最大半径变化幅度的影响越大;2)气泡振动幅值响应存在不稳定区,不稳定区域分布与气泡初始半径、驱动声波压力幅值、驱动声波频率等因素有关.在低频超声波作用下,对初始半径处在1—10μm之间的空化气泡而言,气泡初始半径越小,气泡最大半径不稳定区分布范围越大,表明小气泡具有更强的非线性特征.因此,气泡初始半径越小,声环境变化对空化泡声响应稳定性影响越显著.     

损耗调制CO2激光脉冲的噪声特性

由于自发辐射噪声的涨落,CO2激光器的脉冲峰值强度与时间延迟密切相关。理论和实验研究发现,对于典型的B类CO2激光器,在损耗调制情况下,当脉冲峰值出现在最低腔损耗t0之前时,初始自发辐射噪声越大,相对于阈值点的第一个渡跃时间tFP越小,对应的峰值强度越小;当脉冲峰值出现在最低腔损耗t0之后时,初始自发辐射噪声越大,相对于阈值点的第一个渡跃时间tFP越小,对应的峰值强度则越大。     

损耗调制CO_2激光脉冲的噪声特性

由于自发辐射噪声的涨落,ＣＯ２激光器的脉冲峰值强度与时间延迟密切相关。理论和实验研究发现,对于典型的Ｂ类ＣＯ２激光器,在损耗调制情况下,当脉冲峰值出现在最低腔损耗ｔ０之前时,初始自发辐射噪声越大,相对于阈值点的第一个渡跃时间ｔＦＰ越小,对应的峰值强度越小;当脉冲峰值出现在最低腔损耗ｔ０之后时,初始自发辐射噪声越大,相对于阈值点的第一个渡跃时间ｔＦＰ越小,对应的峰值强度则越大。     

浮沉子实验中不可逆现象的研究

浮沉子是与浮力相关的趣味装置,浮沉子的不可逆现象是研究其运动机制的关键问题.设计了参量可控的浮沉子实验装置,研究了浮沉子的运动过程,利用夹逼的方法获得了浮沉子不可逆现象的临界深度,并且研究了影响临界深度的参量,验证了基础的理论模型和修正后的理论模型的适用性.实验结果表明：浮沉子的初始气柱越长,临界深度越深,二者基本呈线性关系;浮沉子的长度越小,临界深度越深;浮沉子的截面积越大,临界深度越深.     

用转速表测向心力

本实验装置用转速表来测出物体作圆周运动的转速,得出角速度ω的数值,用测力计测出向心力F的数据,用米尺量出半径R,能定量地找出向心力F、角速度ω、半径R之间的关系:R一定,F∝ω;ω一定,F∝R。从而得出F=mω~2R的公式。实验装置:如下图所示。     

音叉受迫振动与共振现象的研究

研究了在不同测试条件下音叉的受迫振动与共振的规律.实验结果表明:音叉的共振频率与音叉双臂质量分布有关,所加的质量块越靠近音叉的节点,共振频率变得越小;改变磁性阻尼的大小,阻尼越大,共振频率和幅度越小;当驱动线圈与接收线圈同时向音叉节点处移动时,音叉幅频特性曲线的共振幅度逐渐减小,但共振频率逐渐增大.如果保持驱动线圈位置不变,接收线圈向音叉节点处移动时,共振频率基本保持不变,而共振幅度越来越小.     

池水瞬态闪蒸时间的实验研究

实验研究了过热度、初始水温及水位高度对方腔内池水瞬态闪蒸时间的影响.实验条件为:水位高度40 mm、60mm、100 mm,初始水温36～88℃,过热度2.1～48℃.实验结果表明:过热度及水位高度是影响闪蒸时间的主要因素,过热度及水位高度越大,闪蒸时间越长;过热度相同时,初始水温对闪蒸时间的影响很小.通过对实验数据分析,拟合出瞬态闪蒸时间的计算关联式.     

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...     

基于平行流扁管吸附式制冷系统性能实验研究

设计了一种新型平行流铝扁管吸附床结构,搭建了吸附式制冷实验台。通过实验研究不同运行参数下的吸附式制冷系统性能差异,比较不同热源和冷源温度、换热流体流量下吸附式制冷系统COP的变化。结果表明,当冷、热源温度为10℃和60℃,换热流体流量为0.26 kg/s时,新型吸附式制冷系统COP达到最大值0.35。当冷源温度在20℃附近时,增大热源温度可有效提高吸附式制冷系统COP,并且换热流体流量越大,增加的幅度越明显;当换热流体流量在0.13~0.26 kg/s范围内时,系统COP随着冷源温度的增大剧烈下降,并且换热流体流量越小,下降趋势越显著;当热源温度在55~60℃范围内时,COP随着换热流体温度的增大明显增大,并且冷源温度越高,COP增大的趋势越明显。     

用传感器探究影响向心力大小的因素

针对传统探究向心力 F大小与质量m、角速度ω和半径r之间关系的实验存在的不足,重新设计了实验装置,该实验装置利用PASCO力传感器测向心力的大小,用调速电机来改变金属小球作圆周运动的角速度,并用霍尔传感器测量电机的转速,而金属小球的质量和小球的旋转半径则可以定量改变,由此可定量探究向心力的大小 F与质量m、角速度ω和半径r之间的关系。