【摘要】：磁場作為一種不直接接觸的物理場,在控制金屬液流動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,但同時也存在設(shè)備笨重、電能消耗大等缺點；永磁體型磁場的應(yīng)用則會受到永磁體居里溫度的限制,但它有電磁能利用率高、設(shè)計靈活、結(jié)構(gòu)簡單、節(jié)能環(huán)保等特點,在諸如工況復(fù)雜、工作區(qū)域狹窄、對工作溫度要求不高等場合有其獨特的優(yōu)勢。因此本文采用永磁體開發(fā)出不同類型的永磁體型磁場,并對其驅(qū)動下GaInSn金屬液的流動規(guī)律進行深入研究。對所搭建的永磁體螺旋磁場和Halbach型螺旋磁場均采用數(shù)值模擬和實驗測量的方法探究了其內(nèi)部空間的磁感應(yīng)強度分布。數(shù)值模擬和實驗測量結(jié)果對比表明：采用小塊扇形永磁體堆積搭建的螺旋磁場的磁場分布與理想永磁體螺旋磁場非常接近,可以認(rèn)為是一致的。而Halbach型螺旋磁場的螺旋線上磁感應(yīng)強度分布則集中在兩塊局部的空間區(qū)域,且磁場內(nèi)部磁感應(yīng)強度衰減較快。采用超聲多普勒測速儀(UDV)對置于兩種螺旋磁場中圓柱形有機玻璃容器內(nèi)的GaInSn金屬液的流動速度進行了定量測量,兩種螺旋磁場均能驅(qū)動金屬液形成子午面上的二次流和軸向環(huán)流兩種流動模式。金屬液徑高比和永磁體層單元交錯角度是影響兩種流動模式之間相互轉(zhuǎn)變的兩個重要因素,永磁體螺旋磁場和Halbach型螺旋磁場的轉(zhuǎn)變條件分別為1.25D/H1.375和1.375D/H1.5。在永磁體螺旋磁場驅(qū)動下,金屬液無論是二次流還是軸向環(huán)流均展現(xiàn)出與穩(wěn)定階段流動模式截然不同的瞬變過程,且瞬變時間均小于1 s。而模式螺旋磁場作用下,軸向環(huán)流的流動方向周期性變換,二次流的流動方向則保持不變。模式頻率fm在金屬液的模式流動中起著至關(guān)重要的作用,對于二次流和軸向環(huán)流均存在一個最佳的模式頻率(分別為fm=0.1 Hz和0.625Hz)使得軸向平均速度達到最大,磁場對金屬液的攪拌作用達到最強。提出了一種有別于傳統(tǒng)電磁攪拌的新型流體驅(qū)動電磁攪拌方法,使電磁攪拌可到達熔體內(nèi)部任意位置,并進行了相關(guān)的原型實驗,其中驅(qū)動介質(zhì)的流量可調(diào)、可控。金屬液GaInSn流速場定量測量結(jié)果表明：流體驅(qū)動電磁攪拌器可獲得cm/s量級的流速場,獲得了較理想的攪拌效果,對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)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：O441.4;TF01
【圖文】：

可分為時變磁場和靜磁場Ｗ；按照頻率高低可分為低頻磁場和高頻磁場１７１；按照逡逑運動形式可分為旋轉(zhuǎn)磁場、行波磁場、脈沖磁場和螺旋磁場等Ｗ。一般認(rèn)為旋轉(zhuǎn)、逡逑行波和螺旋磁場驅(qū)動下金屬烙體的運動形式如圖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不同形式電巧場驅(qū)動下金屬巧體的運動形式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材巧的電巧過程學(xué)科分類Ｗ逡逑１．２電磁力驅(qū)動金屬液的流動特征逡逑１．２．１邋磁場的分類逡逑磁場按照產(chǎn)生方式可分為永磁體型磁場和線|!型磁場；按照是否隨時間變化逡逑可分為時變磁場和靜磁場Ｗ；按照頻率高低可分為低頻磁場和高頻磁場１７１；按照逡逑運動形式可分為旋轉(zhuǎn)磁場、行波磁場、脈沖磁場和螺旋磁場等Ｗ。一般認(rèn)為旋轉(zhuǎn)、逡逑行波和螺旋磁場驅(qū)動下金屬烙體的運動形式如圖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邐行玻巧場驅(qū)動金屬液的流動特征逡逑行波磁場是由旋轉(zhuǎn)磁場發(fā)展而成的，Ｋ．ＺａｉｄａｔＰｓｉ詳細(xì)闡述了如何由旋轉(zhuǎn)磁場逡逑構(gòu)建行波磁場，如圖１－４所示，將圓簡形旋轉(zhuǎn)磁場沿圓柱巧線剪開，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。逡逑Ａｓｙｎｃｈｒｏｏｏｕｓ逡逑翁y卞義

本文編號：2792628