【摘要】：磁場(chǎng)作為一種不直接接觸的物理場(chǎng),在控制金屬液流動(dòng)及改善金屬材料凝固缺陷方面有著十分廣泛的應(yīng)用。線圈型磁場(chǎng)在工業(yè)上,尤其是冶金行業(yè)高溫環(huán)境下應(yīng)用非常廣泛,但同時(shí)也存在設(shè)備笨重、電能消耗大等缺點(diǎn)；永磁體型磁場(chǎng)的應(yīng)用則會(huì)受到永磁體居里溫度的限制,但它有電磁能利用率高、設(shè)計(jì)靈活、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、節(jié)能環(huán)保等特點(diǎn),在諸如工況復(fù)雜、工作區(qū)域狹窄、對(duì)工作溫度要求不高等場(chǎng)合有其獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)。因此本文采用永磁體開(kāi)發(fā)出不同類(lèi)型的永磁體型磁場(chǎng),并對(duì)其驅(qū)動(dòng)下GaInSn金屬液的流動(dòng)規(guī)律進(jìn)行深入研究。對(duì)所搭建的永磁體螺旋磁場(chǎng)和Halbach型螺旋磁場(chǎng)均采用數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)測(cè)量的方法探究了其內(nèi)部空間的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布。數(shù)值模擬和實(shí)驗(yàn)測(cè)量結(jié)果對(duì)比表明：采用小塊扇形永磁體堆積搭建的螺旋磁場(chǎng)的磁場(chǎng)分布與理想永磁體螺旋磁場(chǎng)非常接近,可以認(rèn)為是一致的。而Halbach型螺旋磁場(chǎng)的螺旋線上磁感應(yīng)強(qiáng)度分布則集中在兩塊局部的空間區(qū)域,且磁場(chǎng)內(nèi)部磁感應(yīng)強(qiáng)度衰減較快。采用超聲多普勒測(cè)速儀(UDV)對(duì)置于兩種螺旋磁場(chǎng)中圓柱形有機(jī)玻璃容器內(nèi)的GaInSn金屬液的流動(dòng)速度進(jìn)行了定量測(cè)量,兩種螺旋磁場(chǎng)均能驅(qū)動(dòng)金屬液形成子午面上的二次流和軸向環(huán)流兩種流動(dòng)模式。金屬液徑高比和永磁體層單元交錯(cuò)角度是影響兩種流動(dòng)模式之間相互轉(zhuǎn)變的兩個(gè)重要因素,永磁體螺旋磁場(chǎng)和Halbach型螺旋磁場(chǎng)的轉(zhuǎn)變條件分別為1.25D/H1.375和1.375D/H1.5。在永磁體螺旋磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下,金屬液無(wú)論是二次流還是軸向環(huán)流均展現(xiàn)出與穩(wěn)定階段流動(dòng)模式截然不同的瞬變過(guò)程,且瞬變時(shí)間均小于1 s。而模式螺旋磁場(chǎng)作用下,軸向環(huán)流的流動(dòng)方向周期性變換,二次流的流動(dòng)方向則保持不變。模式頻率fm在金屬液的模式流動(dòng)中起著至關(guān)重要的作用,對(duì)于二次流和軸向環(huán)流均存在一個(gè)最佳的模式頻率(分別為fm=0.1 Hz和0.625Hz)使得軸向平均速度達(dá)到最大,磁場(chǎng)對(duì)金屬液的攪拌作用達(dá)到最強(qiáng)。提出了一種有別于傳統(tǒng)電磁攪拌的新型流體驅(qū)動(dòng)電磁攪拌方法,使電磁攪拌可到達(dá)熔體內(nèi)部任意位置,并進(jìn)行了相關(guān)的原型實(shí)驗(yàn),其中驅(qū)動(dòng)介質(zhì)的流量可調(diào)、可控。金屬液GaInSn流速場(chǎng)定量測(cè)量結(jié)果表明：流體驅(qū)動(dòng)電磁攪拌器可獲得cm/s量級(jí)的流速場(chǎng),獲得了較理想的攪拌效果,對(duì)金屬液而言是一種行之有效的電磁攪拌方法。
【學(xué)位授予單位】：鋼鐵研究總院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類(lèi)號(hào)】：O441.4;TF01
【圖文】：

可分為時(shí)變磁場(chǎng)和靜磁場(chǎng)Ｗ；按照頻率高低可分為低頻磁場(chǎng)和高頻磁場(chǎng)１７１；按照逡逑運(yùn)動(dòng)形式可分為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)、行波磁場(chǎng)、脈沖磁場(chǎng)和螺旋磁場(chǎng)等Ｗ。一般認(rèn)為旋轉(zhuǎn)、逡逑行波和螺旋磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下金屬烙體的運(yùn)動(dòng)形式如圖１－２所示Ｗ。逡逑，ｋｌ逡逑，．’Ｉ邋！：省邐‘邋Ｋ邐．人）逡逑ｙ邋，‘邋１邋塞仁：；Ｉ邋日邋＾邋Ｉ逡逑：／：邐’＞１１邋也置；％邐；興置逡逑ｉ含戶旨－，ｆ邋Ｉ逡逑Ｉ邋Ｉ逡逑W１－２不同形式電巧場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下金屬巧體的運(yùn)動(dòng)形式Ｗ逡逑２逡逑

邋．逡逑｛邋？Ｍ邋１＾邋＊？＞ｉＴ邋ｊ＼＾邐＾邋？ｗｔ邋ｊ邐Ｉ逡逑圖１－１材巧的電巧過(guò)程學(xué)科分類(lèi)Ｗ逡逑１．２電磁力驅(qū)動(dòng)金屬液的流動(dòng)特征逡逑１．２．１邋磁場(chǎng)的分類(lèi)逡逑磁場(chǎng)按照產(chǎn)生方式可分為永磁體型磁場(chǎng)和線|!型磁場(chǎng)；按照是否隨時(shí)間變化逡逑可分為時(shí)變磁場(chǎng)和靜磁場(chǎng)Ｗ；按照頻率高低可分為低頻磁場(chǎng)和高頻磁場(chǎng)１７１；按照逡逑運(yùn)動(dòng)形式可分為旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)、行波磁場(chǎng)、脈沖磁場(chǎng)和螺旋磁場(chǎng)等Ｗ。一般認(rèn)為旋轉(zhuǎn)、逡逑行波和螺旋磁場(chǎng)驅(qū)動(dòng)下金屬烙體的運(yùn)動(dòng)形式如圖１－２所示Ｗ。逡逑，ｋｌ逡逑，．’Ｉ邋�。菏∵姟澹诉姡耍╁义希�，‘邋１邋塞仁：；Ｉ邋日邋＾邋Ｉ逡逑：／：邐’＞１１邋也置；％邐；興置逡逑ｉ含戶旨－，ｆ邋Ｉ逡逑Ｉ邋Ｉ逡逑W１－２不同形式電

１．２．３邐行玻巧場(chǎng)驅(qū)動(dòng)金屬液的流動(dòng)特征逡逑行波磁場(chǎng)是由旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)發(fā)展而成的，Ｋ．ＺａｉｄａｔＰｓｉ詳細(xì)闡述了如何由旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)逡逑構(gòu)建行波磁場(chǎng)，如圖１－４所示，將圓簡(jiǎn)形旋轉(zhuǎn)磁場(chǎng)沿圓柱巧線剪開(kāi)，展成平面后逡逑沿另一側(cè)卷起即可構(gòu)成圓筒形行波磁場(chǎng)。逡逑Ａｓｙｎｃｈｒｏｏｏｕｓ逡逑翁y卞義

本文編號(hào)：2792628