旋轉式機電熱換能器及其對水媒質磁化作用的研究.pdf

1、旋轉式機電熱換能器，是一種新型電磁加熱裝置。它將機、電、熱系統和以水為媒質的熱交換系統有機地組合在一起，利用磁滯、渦流和二次感應電流綜合加熱。其與電動機、風機、水輪機等動力機械裝置配套使用，能實現電能、風能、水能等多種清潔能源的綜合利用。除輸出熱能外，換能器中的旋轉電磁場還會對水媒質產生磁化作用，將其軟化，達到除垢和抑垢的效果。對換能器熱功率和換熱的計算方法和變化規(guī)律、旋轉電磁效應對水媒質的磁化作用機理等進行研究，將深入揭示其工作機理，

2、形成工程計算方法，為換能器的廣泛應用奠定基礎。本文從傳統電機損耗與溫升反問題角度出發(fā)，對旋轉式機電熱換能器進行了理論分析和實驗研究，主要研究內容如下：
　　首先，建立換能器的三維電磁場方程組，結合物理意義給出其邊界條件，運用分離變量法得到方程的解析解。在方程解析解的基礎上，推導出換能器端部系數的計算式，在此基礎上改進了基于二維有限元法的熱功率算法。優(yōu)化了熱功率的實驗方法，以一臺樣機為例驗證改進后熱功率算法的準確性。這些研究將為換能

3、器熱功率的深入研究提供基礎。
　　其次，推導熱功率與極對數、氣隙長度、鐵心長度、定子內徑等結構參數的解析表達式，并分析這些結構參數對熱功率的影響。提出定子熱功率透入深度的概念，給出其具體計算公式，分析透入深度隨轉速的變化規(guī)律，并歸納出其在換能器熱功率設計中的作用。而后利用改進的熱功率算法和透入深度的概念，分析不同轉速時，閉口槽、開口槽、半開口槽和銅套四種不同定子結構的換能器熱功率密度的變化規(guī)律。計算不同定子結構時，熱功率在定子側和

4、轉子側的分布情況。實際研制了兩臺不同定子結構的樣機，對其熱功率進行測試，并與原有樣機進行比較，驗證理論分析的正確性。
　　再次，建立換能器二維換熱模型，提出熱功率-換熱耦合算法，利用此算法分析換熱過程。提出功率調整率的指標來評價換能器的換熱性能，并分析了實際熱功率和水流溫升特性。針對原有換熱結構的弊端，提出一種新的換熱結構，實際分析了氣隙長度、鐵心長度、透入深度、轉子側熱功率等因素對功率調整率的影響。研制了換熱測試平臺，進行了相關

5、換熱測試。理論分析和實驗結果證明該換熱結構與原有結構相比，換熱性能大為提高。
　　實驗研究結果表明，換能器內部的旋轉電磁場使水媒質的物理化學特性發(fā)生變化。為揭示其變化規(guī)律和機理，本文進行了相關理論和實驗研究。用分子動力模擬的方法計算了磁場作用下水分子間氫鍵的變化情況。而后設計磁場發(fā)生裝置，分別用恒定磁場和交變磁場處理不同濃度的NaCl溶液，測試其電導率的變化規(guī)律，并結合實驗結果探討磁場對電解質溶液電導率作用的機理。用一定濃度的Ca