电磁体积力作用下的圆柱绕流实验研究

利用电介质溶液中圆柱体侧表面附近分布的电磁场产生电磁体积力,作用于流体边界层,从而控制圆柱绕流。电极与磁极交替分布的电磁场激活板包覆在圆柱体表面置于流动的电解质溶液中,产生的电磁力沿圆柱体表面分布,可以改变流体边界层结构。在流体边界层上电磁体积力的作用下,圆柱绕流分离点可以在前驻点和后驻点之间变动,产生不同的控制效果。调整电磁场的时空分布控制参数,电磁体积力能连续控制圆柱绕流、尾流涡街的形态,具有明显的消涡与增涡控制效应;具有较好的减震、减阻控制效果;具有制动控制效应。

共面波导激励电磁体积力的数值研究

低频微波在共面波导传输线上是以准TEM(Transverse ElectroMagnetic)模的形式传播,其横向分布的电场和磁场相互作用能够激励出沿导带方向的电磁体积力.通过有限元-棱边元法数值分析了不同频率的激励源对共面波导周围场强分布的影响,并研究了处于特定环境下的共面波导周围的电场、磁场以及电磁体积力的分布情况.结果表明,在相同介质中频率较低的微波具有更大插入损耗,并且能保持良好准TEM模的特征,且导带周围分布的横向电场和磁场相互耦合可以激励出沿导带方向的电磁体积力.

高频磁场电磁净化体积力模型建立

鉴于液态金属内部电磁力分布对电磁净化效果的影响,提出了高频电磁场电磁净化技术中电磁体积力的数学模型,并具体分析了不同电力参数和实验参数下金属熔体内部电磁体积力的分布规律。研究表明,增加磁感应强度能够有效地增大熔体内部电磁体积力,从而提高净化效率;增加电源频率能够有效地改变熔体内部电磁体积力的分布规律,增大熔体表面的电磁体积力,但是随着电源频率的增大将减小电磁力在金属内部的作用区域,使得电磁净化的有效作用范围减小;在一定磁感应强度下,熔体内部某一深度处的电磁体积力随着频率的增加先增大后减小,当频率满足f=1/(4πσμx2)时,该处的电磁体积力取得最大值。

电磁流体表面推进流场结构特征的数值研究

数值研究了弱导电流体中,具有不同电磁极条带宽度的推进单元近壁电磁力的分布特征和对流场结构的调控效果,并比较分析了不同结构的推进单元体对周围流场推进效果间的差异.采用有限体积法对流场的基本控制方程(Navier-Stokes equation)进行求解.数值结果表明,不同电磁极宽度的推进单元所激发的电磁场场强和流体边界层中电磁力的分布具有类似的变化趋势,但电磁力的渗透深度有差异.电磁极条带较宽的推进单元,其附近电磁体积力具有较好的渗透效果,但其近壁场强较弱.推进单元绕流流场的数值模拟揭示了场强的渗透较深时对推进单元周围流场的影响更加显著.流向电磁力使得边界层流向动能增加,涡量场结构发生改变.推进单元上下表面涡量值出现了正负更替分布的变化特点.

几种关于附面层分离主动控制方法机制的概述

随着飞机和发动机设计性能要求的不断提高,流体的主动控制变得越来越重要,并显出不可替代的作用。流体主动控制方式通过小尺度、局部的能量注入,特别是通过对临界点附近的控制来改变全场的流动结构,并且能够对复杂的动态系统进行精确的相位控制,所以在近年的流动控制领域变得非常活跃。本文对合成射流、等离子体、电磁体积力这些主动控制方法及其机制进行了详细的介绍,并得出结论:相对于被动控制方式,主动控制方式具有明显的优势。

电磁复合场对Zn-10 wt%Bi过偏晶合金凝固组织的影响

以Zn-10 wt%Bi的过偏晶合金作为研究对象,在强磁场条件下,考察了不同电磁体积力对其显微凝固组织与凝固过程的影响.实验结果表明,在一定的强静磁场下,当交变电流增加到某一特定值时(交变电流频率为50 Hz),得到的凝固组织最为均匀,第二相颗粒直径也达到最小;在固定交变电流值的条件下(交变电流频率为50Hz),Zn-10 wt%Bi合金的凝固组织随着磁感应强度的增加,其偏析程度、弥散程度和第二相Bi颗粒的大小都有明显的改善.实验分析结果表明,磁场复合交变电流产生的电磁体积力的大小,对合金凝固组织都有显著影响,通过控制磁感应强度和交变电流大小,从而获得较为理想的过偏晶合金凝固组织.

电磁流体表面推进机理与效果分析

电磁流体表面推进是在推进单元周围的导电流体中(海水、等离子体等)激励出电磁体积力,并利用电磁体积力的反作用力达到推进的目的.基于电磁场和流体力学的基本控制方程,采用有限体积法对电磁流体表面推进的效果进行了数值模拟研究,分析了在不同姿态(攻角)和不同电磁体积力的作用下,航行器周围流场结构的变化规律和推力的变化特点.研究结果表明:沿航行器表面分布的电磁体积力可以有效地改变流体边界层的结构,并能向流体边界层传输动量与能量,从而使航行器获得所需的推力.流体对航行器的黏性阻力和压差阻力的影响随作用参数的增大而减弱,且推力系数和作用参数的关系渐由非线性趋于线性,航行器所获得的推力大小主要取决于电磁体积力的强度.在航行器有攻角运行的情况下,电磁流体表面推进方式还能有效地提升航行器的升力.因此,将航行器表面设计为推进单元的工作面,对航行器整体结构的优化设计和推进效率的提高有一定意义.