Alternative flat coil design for electromagnetic forming using FEM

Electromagnetic forming （EMF） is a high velocity forming process that uses impulse magnetic force. Coil is an important component of EMF system which needs to be designed depending on application. Flat spiral coils are generally used for electromagnetic forming of sheet metals. However, with this type of coil the central portion of the workpiece experiences marginal magnetic force. This leads to in-sufficient deformation at this portion and other problems like air entrapment. In this study, a conceptual design of flat coil was proposed for better distribution of magnetic forces over the workpiece. Comparative analysis of distribution of magnetic force, magnetic field and current density using the proposed and the existing coil designs were carried out using FEM. The result indicates that the proposed coil design produces comparatively better magnetic force distribution over the workpiece. Calculation of self-inductance of such coils was also carried out and was compared with FE simulation.

平行平板通道内置螺旋线圈流动传热特性

通过实验与三维数值模拟相结合的方法,对内置螺旋线圈平行平板通道的流动及传热特性进行了研究,发现相对于无扰流填充物的平板通道,螺旋线圈的应用能够显著地强化传热,相同Re数下Nu数增幅为29%~141%,相应地阻力系数增幅为26%~175%。数值模拟的结果显示,流体受螺旋线圈的诱导可产生多纵向涡流动,增强了速度在垂直于壁面方向的分量,同时导致温度场发生明显改变,使得速度场与温度梯度场的协同性能得到提升,从而强化了传热。在700〈Re〈7 500的范围内,通过对流动换热综合性能参数的比较发现,在Re数较小时,强化传热后换热效果的提升要大于流动阻力的增加,而在Re数较高时则相反。

平面螺旋线圈电磁发射器磁场及发射体受力分析

平面螺旋线圈电磁发射器具有结构简单、推力大等优点。首先介绍了平面螺旋线圈电磁发射器的工作原理,给出了驱动线圈的磁场方程、发射体的涡流方程和受力方程。用有限元法对驱动线圈磁场和发射体的受力进行了仿真计算,并分析了驱动线圈载荷频率变化、截面形状变化和发射体位置变化对发射体受力的影响。仿真结果表明:驱动线圈的电流频率对发射体受力影响较大,电流频率越高,发射体受力越大;在驱动线圈载荷相同的情况下,方形截面的驱动线圈使发射体受到的电磁力较大。

线圈-薄板体系中线圈参数对电磁力的影响

基于电磁力随焊控制焊接应力应变新思想,采用ANSYS软件模拟了平面螺旋线圈-薄板体系的电磁力,分析了线圈几何参数对电磁力的影响。结果表明,电磁力主要作用于线圈在板坯的投影处。随线圈外径的减小,电磁力峰值增大,轴向力峰值位置呈线性内移。随线圈内径的增加,径向电磁力峰值增大,轴向力峰值先增大后减小,轴向力峰值位置先不变后外移。径向力换向位置随内外径的变化规律与轴向力峰值位置相似。随着导线宽度的增加,电磁力增大。在电磁力随焊控制焊接应力应变时,应该选择具有较小外径和合适内径的线圈,并需要引入磁介质,以增大电磁力。

高储能密度电感的设计

电感作为电感储能型脉冲电源的核心元件,其结构及参数直接影响脉冲电源的性能指标。电感设计的关键环节是获得最高的储能密度,Brooks线圈等高品质因数电感虽然具有高储能密度,但是由于在计算电感储能密度时,电感体积的计算方法不同,导致由给定材料绕制的Brooks线圈并不一定具有最高的储能密度。本文电感设计时基于空心平面螺旋型线圈,通过分析给定范围内的线圈参数,计算并寻找具有最高储能密度的电感。通过实验验证了该方法的准确性。最后,比较了该方法的寻优结果与Brooks线圈参数,验证了该方法在寻找高储能密度电感方面的优势。

电磁成形用平面螺旋线圈磁场分布特性研究

对平板毛坯电磁成形用平面螺旋线圈在电流激励下磁场强度的分布特性进行了研究，推导出磁感强度的计算公式，并用实验验证了其正确性。通过数值分析，给出了一系列描述平面螺旋线圈磁场分布特性的曲线，讨论了线圈结构对磁场分布的影响规律。

基于场协同的多叶螺旋线圈强化管内对流换热研究

针对太阳能集热管内强化对流换热的突出问题,应用场协同理论,采用铜丝制成多叶螺旋线圈内插元件,对双叶螺旋线圈和三叶螺旋线圈增强流道管壁与工质之间的换热性能进行了实验研究。结果表明:多叶螺旋线圈管道内协同角余弦值cosβ增大,对流换热场协同数Fc较空管有大幅提升,速度场和温度场具有良好的协同性;在以水为工质的定热流工况下(240<Re<2 300),内置三叶螺旋线圈综合换热效果最好。

内置弹簧线圈平板通道流动传热实验研究

提出了在平行平板通道中等间隔布置轴线垂直于流动方向的弹簧线圈以强化传热的方法,并对其换热和流动阻力特性进行了实验研究。实验分别对水-水换热和水-油换热进行了测试,得到了所测参数范围内水侧和油侧的换热及阻力关联式。通过与典型人字形板式换热器实验结果的对比,分析了弹簧线圈对不同黏性流体流动换热的影响,得出平板间填充弹簧线圈的结构更适用于高黏性流体的流动换热。