低頻磁場驅(qū)動金屬熔體的數(shù)值模擬.pdf

1、對金屬熔體電磁驅(qū)動是材料電磁加工的關(guān)鍵技術(shù)之一。電磁力作為外力作用在金屬熔體內(nèi)部,可以有效的控制和驅(qū)動金屬液體的流動。目前,電磁驅(qū)動技術(shù)廣泛應(yīng)用于材料制備以及金屬熔體輸送等方面。根據(jù)電磁驅(qū)動金屬熔體形式的不同,可以把電磁場分為旋轉(zhuǎn)型磁場,直線型磁場和螺旋型磁場。其中,旋轉(zhuǎn)型磁場和直線型磁場應(yīng)用最廣。目前,對于電磁驅(qū)動的數(shù)值模擬研究大多關(guān)注外加電場對驅(qū)動效果的影響,而諸如驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)及位置變化所帶來的影響較少有人提及。
　　本文以電

2、磁驅(qū)動理論為基礎(chǔ),對電磁驅(qū)動技術(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬計(jì)算。電磁攪拌和電磁泵技術(shù)是利用旋轉(zhuǎn)性磁場和直線型磁場驅(qū)動金屬熔體的典型工藝。通過對這兩種磁場驅(qū)動金屬熔體的數(shù)值模擬研究,對比磁感應(yīng)強(qiáng)度和感應(yīng)電流的周期性變化,來分析旋轉(zhuǎn)型磁場和直線型磁場驅(qū)動金屬熔體的作用機(jī)理,以及造成運(yùn)動形態(tài)不同的原因。
　　利用旋轉(zhuǎn)型磁場驅(qū)動金屬熔體,瞬態(tài)磁場在水平面周期性旋轉(zhuǎn),且變化周期與外加電流一致。通過計(jì)算分析,我們發(fā)現(xiàn):驅(qū)動器與金屬液之間的金屬良導(dǎo)體對于磁場

3、有很強(qiáng)的屏蔽作用,會產(chǎn)生端部效應(yīng)。因此我們通過調(diào)整驅(qū)動線圈與金屬導(dǎo)體下端口相對位置來研究這種屏蔽作用所帶來的影響。結(jié)果表明:驅(qū)動器位置下移后,在水平鋼液面磁場大小和方向都有顯著的變化,磁場及電磁力明顯增大。而且會產(chǎn)生豎直向上的分力。同時,線圈位置下移后,水平方向分力在中心點(diǎn)兩側(cè)呈中心對稱分布,正是這個分力驅(qū)動鋼液沿水平面旋轉(zhuǎn)運(yùn)動。
　　直線型磁場沿直線方向移動且在空間形成閉合磁路,通過變化外載荷參數(shù)及驅(qū)動裝置結(jié)構(gòu)來研究電磁力的影響

4、因素。增大電流及線圈匝數(shù)可以明顯增大電磁力。但是電流頻率過大,電磁力反而減小。本文在電流40A情況下,頻率為20Hz電磁力最大。而減小內(nèi)外鐵芯距離,以及提高內(nèi)芯材料的導(dǎo)磁性能,可以有效增大電磁力。將磁極面積由0.02m2增加至0.03m2后,平均電磁力增大,而且瞬時電磁力在整個周期內(nèi)的波動性減小,有利于平穩(wěn)輸送金屬液體。
　　通過計(jì)算和分析,進(jìn)一步掌握低頻磁場驅(qū)動金屬熔體的特點(diǎn),所得結(jié)論及規(guī)律為擴(kuò)大和提高電磁驅(qū)動技術(shù)在實(shí)際生產(chǎn)的應(yīng)