法拉第对电磁旋转现象的研究

阐述了法拉第发现电磁旋转现象的实验过程及其进行的相关研究,并通过与安培及沃拉斯顿的研究进行对比,说明法拉第的研究对两者均有借鉴,但法拉第在其研究过程中又有自己独特的方法和特点,这是他成功的原因所在;还探讨了法拉第研究电磁旋转现象的起因、原始实验装置和指导思想,澄清了前人的一些认识分歧和错误,并对法拉第该阶段的研究方法和科学思想进行了讨论。

法拉第研究电磁旋转现象的过程及相关问题的再探讨

根据法拉第的论著、书信和日记等文献,对他研究电磁旋转现象的过程进行了仔细考察,论述了《电磁历史概要》的写作对其发现电磁旋转现象所产生的重要作用。认为法拉第的这一发现是由一系列关键实验组成,不能仅以单一实验为其标志。阐述了奥斯特、安培和沃拉斯顿等人的相关研究及思想对法拉第研究电磁旋转现象所产生的影响,指出法拉第能够作出这一发现的决定因素还在于其敏锐的观察能力、高超的实验技能和坚忍不拔的探索精神。同时,还对前人相关研究中的一些问题提出了不同的见解。

任意形状隐身斗篷和电磁旋转器的研究

以无限长超材料任意形状壳为理论模型,研究超材料这种新型人工复合材料。在变换光学中,空间变换可以被认为是材料的变形,变换空间的介电常数和磁导率张量是材料的变形场得到的。通过数值求解拉普拉斯方程,根据光学变换理论,可以获得超材料的材料参数。利用全波仿真的方法仿真二维任意形状的隐身衣,电磁旋转器和集中器。当斗篷的介电常数和磁导率满足理论值时,隐身衣和电磁旋转器表现出完美的隐身和电磁旋转等特性。

基于线性变换的分区均匀材料电磁旋转衣设计

基于坐标变换的光学变换理论已经提出有好多年了,随之基于这种理论的各种新型电磁器件被提出,电磁旋转衣便是其中之一。电磁旋转衣可以实现光学幻觉效果,即如果将一个物体放入电磁旋转衣内部,那么人们从外界看到的将是物体旋转后的样子,然而这种电磁旋转衣的电参数(相对介电常数,相对磁导率)是非均匀各向异性的,这给实现造成了很大的困难。该文通过将旋转衣区域分成很多三角形,这样便可以通过线性变换将虚拟空间的三角形变形到物理空间中的三角形,随着三角形形状的变化,电磁旋转衣内边界旋转,从而完成电磁旋转衣的设计。基于这种线性方法得出的电磁旋转衣的电参数是分区均匀各向异性的,与传统的非均匀电参数的电磁旋转衣相比,大大降低了实现难度,计算机仿真结果验证了这种设计方法的正确性。

桥式起重机电磁旋转挂梁结构设计

根据桥式起重机实际使用工况与场景要求,设计了带电磁旋转挂梁系统的桥式起重机;对桥式起重机及电磁旋转挂梁系统的参数和布置方案进行了介绍;对电磁旋转挂梁进行整体抗倾覆的稳性计算与验证;建立了电磁挂梁系统的回转上支架和下部横梁的有限元三维模型,并进行有限元计算分析,校核了电磁旋转挂梁主结构强度安全性;对特殊工况条件下的桥式起重机设计具有一定的参考意义。

无线充电系统旋转式电磁耦合器损耗计算及热点温度研究

电磁耦合器是实现无线电能传输(WPT)技术的核心元件,其工作温度决定了系统运行的稳定性与使用寿命。为此该文以抗偏移能力强的旋转式电磁耦合器为研究对象,针对该电磁耦合器在非正弦激励下损耗及温度精确计算的问题,同时为避免大量实验数据繁琐采集过程,利用瞬态电磁-热流场双向间接耦合方法,建立考虑绝缘引起的匝间距及温度对材料属性影响的三维电磁场仿真模型,而后将电磁损耗计算结果作为载荷耦合至热流场中并建立对应关系,实现对热点温度计算。仿真与实验结果表明,物理模型的热点温度与测量值最大误差为5.15%,仿真得出的温升分布规律能较准确地展示实际情况,验证了物理仿真模型的合理性,可为旋转式电磁耦合器的散热设计提供依据,在工程应用中具有一定指导意义。

金属液在旋转电磁搅拌器作用下的流动分析

对自行研制的电磁搅拌器中金属液的电磁场和流场进行数值模拟,并进行实验验证。结果表明:在旋转磁场搅拌器作用下,金属液中除存在横截面上的旋转离心流动外,还存在着纵向的大环流,但二者速度不同,前者比后者高出一个数量级;金属液表面的磁感应强度B0与电流频率成反比,与输入的电压成正比;金属液所受电磁力的最大值与磁感应强度B0的平方成正比,与频率的n次方成反比,其中1/2≤n≤3/2;n与金属液的电阻率有关,电阻率越小则n越小;对于纯铝n为1/2,对于纯锡和纯铅n为1;金属液的转速与磁感应强度B0成正比,与金属液密度的平方根成反比。

新型旋转电磁热机三维电磁场方程的求解及相关电磁参数的研究

建立了旋转电磁热机的三维简化模型,在此基础上给出了三维电磁场方程。结合实际的磁通分布,给定方程的边界条件,并利用分离变量法求出其解析解。利用电磁场方程的解析解,推导出电磁热机端部系数的计算公式。利用基于二维有限元法的电磁热机热功率算法,实际计算了一台样机的热功率,并对其进行了测试。计算和测试结果表明,经过端部系数修正后的热功率计算值与测试值接近。对方程的解析解进一步分析得到电磁热机结构参数与热功率之间的解析表达式,利用其计算得到极对数、气隙长度、定子内径和铁心长度与热功率的关系曲线,并进行了相关分析。

新型旋转电磁热机流体流动与传热的耦合计算与实验

针对一种新型旋转电磁热机内部流体流动和传热的特点,建立了其三维流体流动和传热耦合计算的物理模型和数学模型,利用经验公式确定了热机内部气隙的等效导热系数以及各部件表面散热系数,采用有限体积法对热机内部的流体流动与传热进行耦合仿真计算,确定了热机在不同工作条件下的出水温度及内部温度分布。搭建了基于该热机的热水升温实验平台并进行实验测试,并将耦合场的数值计算结果与实验测试结果进行对比分析,为热机的结构设计、优化、及合理稳定运行提供必要的理论和实验依据。

电液伺服转阀耐高压双向旋转比例电磁铁

针对传统旋转比例电磁铁不耐高压的不足,提出一种耐高压的旋转比例电磁铁结构。永磁体产生的极化磁通与线圈产生的控制磁通相互叠加,使电磁铁输出与控制电流成比例的双向转矩(转角)。通过磁路、磁场仿真分析和试验研究,分析其静态力矩特性和动态幅频特性,仿真结果与试验结果基本吻合,表明该旋转比例电磁铁结构紧凑、无控制零位死区、输出力矩大(最大输出力矩为±0.65 N·m)、响应快(幅频宽约为190 Hz),具有正磁弹簧刚度、良好的线性度(非线性误差小于3%)及较小的滞环(小于4.5%),可用于直接驱动电液伺服转阀。

基于旋转电磁效应的海水淡化器原理结构和压强场的分析

基于旋转电磁效应,提出了旋转电磁离心式海水淡化器,该淡化器综合利用了旋转电磁效应和旋转离心力,即利用磁和热处理海水,高速旋转产生的离心力趋使海水通过物理膜,实现抑垢、缓蚀、延长膜使用寿命和降低能耗的目的。介绍了原理结构和工作机理,通过理论推导和数值模拟重点研究了淡化器的压强场,给出了压强分布特性,并把理论计算值和数值模拟值进行了对比。研究表明旋转电磁离心式海水淡化器的可行性,其完全充分地利用了电磁能、热能和机械能,还表明淡化器中存在压强场,并能为海水通过物理膜提供所需的压强,实现了能量的合理利用,表现出良好的节能效果,具有广阔的应用前景。

旋转电磁场对BFe10-1-1合金管坯组织及力学性能的影响

研究旋转电磁场对水平连铸空心BFe10-1-1合金管坯凝固组织和力学性能的影响,并对其机理进行初步的探讨。结果表明:在工频旋转电磁场的搅拌作用下,BFe10-1-1合金管坯的凝固组织显著细化,由粗大的柱状晶完全转化为均匀细小的等轴晶,同时抑制了Ni元素的枝晶偏析;施加电磁场后管坯的力学性能得到明显改善,当励磁电流为80 A时,管坯抗拉强度提高了15.3%,屈服强度提高了10.9%,伸长率提高了58.6%。

新型旋转电磁热机热功率的研究

新型旋转电磁热机,基于传统电机温升与损耗的反问题,将输入的能量完全转化为热能,并对流经内部的水媒质有磁化功能。对电磁热机的热功率进行分析是解析电磁热机内部综合物理场的基础。本文首先简要介绍了该电磁热机的工作原理,详细分析了热机的热功率构成,推导了基于二维时步有限元法的热机各热功率的解析算法。其次,针对一台样机进行了具体的热功率计算,给出了各转速下各类热功率的数值,并分析了其变化规律。最后,搭建了相应的实验平台,提出了两种热机热功率的测试方法,并进行了相关的实验研究。

新型旋转电磁热机对水媒质磁化作用机理初探

本文提出一种新型旋转电磁热机。在充分利用电动机旋转电势产生的感应电流、磁滞涡流热效应及机械摩擦热效应等将输入的能量全部转换为热能的同时,其产生的电磁场对水媒质有磁化作用。对电磁热机内的电磁场进行有限元分析表明,水媒质受到与之流向正交的交变电磁场的作用,将经电磁热机作用的水进行取样测试,测试结果表明,电磁热机的磁化作用能起到软化水的作用,对使用燃油锅炉和电磁热机时的垢样进行扫描电镜和能谱分析,发现磁化作用改变了水垢的晶形,从而达到除垢和抑垢的效果。

2-D数字阀用低惯量旋转电磁铁及其矩角特性研究

针对传统2-D数字阀用电-机械转换器转动惯量大、动态响应低的不足,研制了一种空心杯转子结构的低惯量旋转电磁铁。通过磁路解析讨论了电磁铁结构和运行参数对输出力矩的影响;基于Ansoft/Maxwell 3-D平台对其矩角特性进行了有限元模拟。试验结果和仿真结果基本一致,该低惯量旋转电磁铁具有较大的静力矩,其矩角特性近似于正弦波形,可用作高频2-D数字阀的电-机械转换器。

旋转电磁搅拌对K417高温合金母合金锭质量的影响

使用电子探针、扫描电子显微镜和光学显微镜研究了在真空熔铸凝固过程施加工频旋转电磁搅拌对K417高温合金母合金锭质量的影响。实验结果表明:在K417高温合金真空熔铸的凝固过程中合理施加工频旋转电磁搅拌,能够细化和增加高温合金母合金锭的等轴晶组织,减少高温合金母合金锭中非金属夹杂物的含量,并能将高温合金母合金锭的中心缩孔的比率从54%降低到35%,从而大幅提高了K417高温合金母合金锭的质量。

耐高压双向旋转比例电磁铁的静态力矩特性

针对传统旋转比例电磁铁不具备耐高压能力的不足,设计了一种新型耐高压双向驱动旋转比例电磁铁.永磁体产生的偏置磁通与线圈产生的控制磁通形成差动磁场作用于衔铁转子,使电磁铁输出与控制电流成比例的双向转矩.通过建立二维有限元模型,仿真分析了该旋转比例电磁铁在不同控制电流和转角下的磁场分布,探讨了其双向驱动机理,并结合转角-力矩特性分析了该电磁铁的静态性能.试验结果与仿真结果基本吻合,该比例电磁铁具有正磁弹簧刚度、良好的线性度以及较小的滞环,静态力矩特性的非线性误差小于3%,滞环小于4.5%.

旋转电磁致热器热功率与结构参数关系的研究

为了分析新型电磁加热装置—旋转电磁致热器的设计方法,对致热器的热功率进行了研究。首先分析了致热器的热功率分布规律,提出定子热功率透入深度的概念作为致热器设计的准则,给出了透入深度随转速变化的规律,分析了透入深度在致热器设计中的作用。以此为依据,为提高致热器的热功率密度,比较了闭口槽、半开口槽和开口槽三种不同定子结构的致热器在不同转速下的热功率密度。分析了开槽结构的致热器槽深和槽宽变化对热功率密度的影响,最后对开口槽和闭口槽样机的热功率进行了测试。实验结果表明了分析的正确性。

旋转电磁场作用下金属凝固补缩机理探讨

研究了金属熔体在旋转电磁场作用下的凝固过程。据金属凝固理论和磁流体力学分析 ,电磁搅拌力引起的动量对流对补缩的促进作用并不大。旋转电磁场阻碍中心疏松、缩孔形成的机制为 :电磁力引起的动量对流增强了熔体的热、质传输过程 ,使熔体温度分布更趋均匀 ,温度梯度减小 ,使心部熔体的固相率更趋一致且在短时内增至特征固相分数 ,且凝固末期熔体的凝固速率增大 ,使心部熔体在短时内凝固 ,从而避免了中心疏松。

低惯量旋转电磁铁的动态特性研究

研制了一种新型空心杯转子结构的低惯量旋转电磁铁。首先建立了旋转电磁铁的数学模型,仿真分析了其频率响应和阶跃响应,其仿真频宽约为230Hz/-3dB和240Hz/-90°,上升时间约为4.3ms。为了验证理论分析的正确性,搭建了旋转电磁铁的试验平台对其进行了研究。研究结果表明,该旋转电磁铁具有良好的动态性能,其试验频宽达到220Hz/-3dB和220Hz/-90°,上升时间约为5.6ms。试验结果和仿真结果基本一致,表明该旋转电磁铁适合用作高频2D数字阀的电-机械转换器。