19084.靜磁場對電磁懸浮液滴穩(wěn)定性影響的研究

1、靜磁場對電磁懸浮液滴穩(wěn)定性影響的研究重慶大學碩士學位論文(學術(shù)學位)學生姓名：宋其暉指導教師：石萬元教授專業(yè)：動力工程及工程熱物理學科門類：工學重慶大學動力工程學院二O一五年五月重慶大學碩士學位論文中文摘要I摘要在利用電磁懸浮技術(shù)實現(xiàn)液滴懸浮的過程中，液滴內(nèi)部往往存在劇烈對流、外部伴隨快速旋轉(zhuǎn)和質(zhì)心的水平位移等不穩(wěn)定因素，因此，實現(xiàn)液滴的穩(wěn)定懸浮是完善電磁懸浮技術(shù)的關(guān)鍵。本文采用實驗觀測和數(shù)值模擬的方法，探討了線圈結(jié)構(gòu)和施加靜磁場對液滴

2、穩(wěn)定性的影響。實驗測量了銅液滴在不同線圈中的溫度，結(jié)果表明在相同底匝半徑的情況下，液滴在錐形線圈中的溫度比在柱形線圈中更低，減少穩(wěn)定線圈匝數(shù)，雖然可以降低液滴溫度，但熔化所需的時間變長。增大懸浮線圈和穩(wěn)定線圈之間的間距S，液滴溫度降低，但間距S變大容易引起橫向漂移。因此，后續(xù)實驗采用間距較小(S=6mm)的錐形線圈32。實驗通過U形磁場組件對液滴所在空間施加橫向靜磁場，利用高速相機記錄了不同磁場強度下純銅熔融液滴的振蕩變形過程，分析了橫

3、向靜磁場對懸浮銅液滴振蕩頻率、振幅以及旋轉(zhuǎn)的影響。實驗發(fā)現(xiàn)：對于熔融前的固態(tài)銅顆粒，若靜磁場強度超過0.3T，銅顆粒幾乎以靜止狀態(tài)懸浮。熔融后，當施加0.15T的靜磁場，與未加靜磁場時相比，R、A和Dmax的振幅分別減小了25%、76%和60%；隨著磁場強度的增加，振幅、m=1和m=2模式的振蕩頻率減小，但橫向靜磁場對m=0模式的振蕩頻率影響微弱。橫向靜磁場還抑制了懸浮銅液滴的旋轉(zhuǎn)，當磁場強度增加到0.53T時，懸浮液滴只在10的角度范

4、圍內(nèi)擺動。這些結(jié)果表明，施加橫向靜磁場能夠有效提高懸浮液滴的穩(wěn)定性。根據(jù)實驗結(jié)果，計算得到靜磁場強度為0.53T下空氣環(huán)境中1963K熔融銅液滴的表面張力為693.4mNm1。本文還分別模擬了不同線圈結(jié)構(gòu)、徑向靜磁場和豎直方向的靜磁場對電磁懸浮銅液滴內(nèi)部流動和溫度分布的影響，結(jié)果表明，在底匝半徑相同的情況下，柱形線圈中懸浮空間的交變磁場強度大于錐形線圈。增加穩(wěn)定線圈匝數(shù)，會增強懸浮空間的磁場強度。懸浮空間磁場強度越大，液滴溫度越高，流動

5、越強。徑向和豎直方向的靜磁場都能有效抑制液滴內(nèi)部流動，相同靜磁場強度下，徑向靜磁場對流動的抑制作用比豎直方向的靜磁場更強。模擬清晰的呈現(xiàn)了液滴內(nèi)部的流動，液滴內(nèi)部存在兩個流向相反的速度環(huán)流，大環(huán)流位于赤道附近，小環(huán)流位于液滴左下角；溫度分布呈底部高頂部低的分布規(guī)律，最高溫度出現(xiàn)在液滴左下角，未加靜磁場時液滴中的最大溫差為3.74K，隨著靜磁場強度的增加，液滴內(nèi)部流動受到抑制，導致內(nèi)部溫差變大，當靜磁場強度超過0.4T，溫差達到了3.95