电磁驱动高能量密度动力学实验的一维磁流体力学多物理场数值模拟平台:SSS-MHD

超高压、超高密度物质状态生成和性质研究是当代极端物理学的重要前沿领域,电磁驱动的高能量密度物理实验对于该领域的意义尤为重要。这类实验虽然形式上多种多样,但在物理上有内在统一性,即均以力学守恒定律和宏观电磁理论为基本框架。为了建立统一数值模拟平台、依靠负载电流实验数据(或驱动电路真实数据)确定各种极端实验条件下负载构形的力学运动及其与各个物理场的耦合问题,将经受大量实际检验的冲击、爆轰动力学和激光效应计算的一维拉格朗日编码SSS,实质性扩展成为磁流体力学多物理场耦合编码SSS-MHD。对于具有典型意义的平面准等熵斜波压缩、高速平面固体飞片发射、固体套筒电磁内爆和炸药内爆磁通量压缩实验等各类高能量密度动力学实验案例的模拟计算结果表明,编码SSS-MHD计算与美国Z装置、中国CQ和CJ系列装置的实验及美国编码ALEGRA-1D和2D计算数据的相对偏差基本不超过5%。该数值模拟平台为极端材料动力学实验(包括气体、液体、化合物和金属)提供了有力的支撑,还将有助于多维磁流体力学多物理场编码的开发。

Al-4.0%Cu合金定向凝固中热电磁流体动力学效应的数值模拟

在定向凝固过程中,温度梯度和抽拉速率是两个重要的凝固参数。利用Fluent软件和Vc++软件联合模拟了不同温度梯度以及不同抽拉速率下,固液界面前沿熔体的流动情况。模拟结果表明,当外加弱磁场时,增加温度梯度能够增强热电磁流体动力学效应;而增加抽拉速度,热电磁流体动力学效应相对减弱。

热电磁流体动力学效应对Al-4.0Cu定向凝固组织的影响

使用自制改进的Bridgman定向凝固装置，探讨了直流横向稳恒磁场条件下，热电磁流体动力学效应（TEMHD）对Al-4．0Cu定向凝固组织的影响。牵引速度分别取20、50、100、200μm／s，随着磁感应强度由0～0．15T增大，组织粗化，有由典型的树枝晶向胞晶转化的趋势。利用热电磁流体动力学效应（TEMHD）和磁流体动力学效应（MHD）对此现象做出解释。

电磁弹性动力学初边值问题12类变量广义变分原理

基于Yao建立的电磁弹性固体广义变分原理,运用关于非传统Hamilton型广义变分原理的方法,建立了电磁弹性动力学初边值问题的12类变量广义变分原理,可反映该问题的全部特征,其独立变分变量为该问题的全部变量,即位移、速度、动量、应变、应力、电位移、磁感应强度、电场强度、磁场强度、电标量势、磁标量势和磁矢量势。本文建立的广义变分原理可为电磁弹性动力学提供建立杂交或混合有限元等变分近似解法的理论基础。

热电磁流体动力学对Al-4.5Cu合金定向凝固组织的影响

在定向凝固条件下 ,施加横向磁场。当磁感应强度 <1T时 ,有磁场存在时的显微组织较无磁场时枝晶间距增大 ,且随磁感应强度的增大 ,枝晶间距增大 ,二次枝晶间臂变粗 ,这是热电磁流体动力学影响的结果。

电磁流体力学在直流电弧炉上的应用

应用电磁流体力学的基本理论，研究了一台１２ｔ─６．３ＭＶＡ直流电弧炉内与电磁流体力学有关的几个重要问题。当操作电流为１８ｋＡ时，直流电弧的最大流速为２．７４５ｋｍ／ｓ；电弧在周围电磁场作用下存在偏弧现象，偏转角度约为１５～２０°；高速流动的电弧对炉内钢水冲击产生的凹坑深度约为５０ｍｍ；贯穿整个熔池的电流产生的电磁力是引起钢水循环流动的主要原因。

稳恒磁场中Al-4.5%Cu合金热电磁流体动力学效应的数值模拟

对定向凝固Al-4.5%Cu(质量分数)固液界面前沿的流场和压力场进行计算,得出速度和压力分布图,并且分析了不同凝固速度对热电磁流体动力学效应的影响。

大学物理力学与电磁学教材的知识结构类比探究

文章从认识论和方法论的角度,简要介绍了类比方法在科学研究和知识建构中的重要性及类比方法教育在大学物理教学中的必要性和运用。对《大学物理》力学、电磁学教材中典型的类似性知识结构作了较为详细的剖析。

电磁流体力学技术在航空航天领域的应用

近年来,越来越多的研究人员将目光投向电磁流体力学(MHD)技术在冲压/超燃冲压发动机推进的高超声速飞行器上的应用研究。介绍了主动控制再入大气层时的气动加热和飞行性能的MHD流量控制方法的原理,并给出了数值分析和以超燃冲压发动机驱动MHD发电系统试验验证装置为对象进行的数值分析。

独立学院“电磁学与电动力学”在线教学现状分析及改进策略——以衡阳师范学院南岳学院为例

新冠肺炎疫情期间,为贯彻落实教育部关于学校"停课不停学"的要求,各高校纷纷开展线上教学活动,线上教学顺应教育信息化的发展,不受时空限制,教学方式灵活,且丰富的网络教育资源获取快捷,为专业课教学带来了新的契机。本文基于"电磁学与电动力学"线上教学在衡阳师范学院南岳学院的实践和探索,探讨了影响独立学院"电磁学与电动力学"线上教学效果的因素,并从高校、教师和学生三个角度,对提高线上教学效率提出了一些建议。

金属熔体的电磁成形与凝固

材料的电磁加工是当今材料加工技术领域研究和发展的一个重点本文简述作为材料电磁加工技术理论基础的电磁流体力学的基本内容，给出电磁场各种功能的基本原理，着重阐述电磁力和焦耳热在金属熔体电磁成形与凝固过程中的应用。最后，介绍近年来开展的深过冷快速定向凝固、太阳能级硅电磁约束感应熔炼和超高梯度电磁约束成形定向凝固技术等方面研究的成果。

圆柱绕流的边界层及其电磁控制

利用电介质溶液中圆柱体侧表面附近分布的电磁产生电磁力,作用于流体边界层,达到控制圆柱绕流的目的。在层流模式下(Re<150),采用极坐标系中NavierStokes方程的涡量-流函数形式,对置于弱电介质溶液中包覆电磁场激活板的圆柱绕流的尾迹和边界层的速度分布进行了数值研究。涡量传输方程采用ADI(隐式交替)格式,流函数方程采用FFT(快速傅里叶变换)格式,计算结果具有二阶空间精度和一阶时间精度,作了相应的实验,对实验结果进行了分析和讨论。

流体边界层上电磁力的控制效应研究

利用作用于流体边界层上的电磁体积力改变流体边界层的结构,研究电磁力对流场的控制作用效果,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的结构,从而实现对流场的控制,用电磁屏蔽和时域控制的方法调整电磁力的时空分布参数,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,流体边界层上的电磁力能连续控制圆柱绕流、尾流涡街的形态,正向电磁力具有较好的消涡、减震和减阻控制效应,反向电磁力具有明显的增涡控制效应,具有较强的制动控制效应,此时圆柱体表面涡量分布的对称性和稳定性被破坏。

圆柱绕流的电磁控制

流体绕过非流线物体时,在物体尾部形成涡街,使其表面周期性变化的阻力和升力增加,从而导致物体振荡,产生噪音。本文通过实验和计算,研究圆柱绕流的电磁控制,阐述浸于弱电介质溶液中,表面包覆电磁激活板的圆柱,在电磁力作用下的流体控制原理,讨论电磁力的消涡、减阻和减振过程。

电磁激活板的宽度对圆柱绕流控制的影响

电磁力可以改变流体边界层的结构,是控制流体运动的主动控制方法之一。基于电磁场和流体的基本方程,对置于弱电介质中的圆柱电磁激活板周围产生的Lorentz力及其对圆柱绕流的控制进行了数值模拟,着重讨论了电磁激活板的宽度对其周围的电磁场、产生的Lorentz力、流场的控制和涡量变化的影响。电磁场包覆范围为流体分离点至其后部,当N值较小时,分离点后移,但不能够完全抑制流体的分离,极板越宽对尾涡的抑制效果越好;随着N值的增大,由于极板窄的表面涡量大,所以可以首先达到完全抑制流体分离的控制效果;当N值较大时,无论极板宽窄,都可以达到完全抑制流体分离的效果。

包覆电磁场激活板的圆柱尾迹的数值研究

利用电磁场作用于电介质溶液的Lorentz力可以控制溶液的流动.对置于弱电介质溶液中,包覆电磁场激活板的圆柱周围的绕流进行数值研究,讨论了电磁场激活板的安装位置,激活方式等对圆柱尾迹的影响.

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。

电磁分离铝熔体中夹杂颗粒运动的模拟计算

根据电磁流体力学 (MHD)的基本理论 ,建立了在采用矩形电磁线圈和工频电源的条件下电磁分离铝熔体中夹杂颗粒的体积力、颗粒运动速度等数学模型·模拟计算结果表明 ,电磁体积力越大 ,分离力越大 ,夹杂颗粒运动速度越快 ;夹杂颗粒的粒径越大 ,颗粒运动速度越快 ;粒径大于 30 μm的夹杂颗粒运动速度较快 ,容易用电磁方法分离 ,粒径小于 10 μm的夹杂颗粒运动速度较慢 ,难分离·

利用电磁力的新型连续铸造技术

结合电磁流体力学的基本理论,介绍了几种利用电磁力的新型连续铸造技术,包括利用交变磁场的电磁铸造、冷坩埚熔炼和钢的连续铸造初期凝固控制技术及利用稳恒磁场的电磁闸、连续铸造双层钢和水平电磁铸造技术等。