Magnetic flux leakage during longitudinal magnetic flux induction heating

A three-dimensional electromagnetic thermal coupled model of a 45#steel strip during longitudinal magnetic flux induction heating was established in this study.The influence of different power levels,frequencies,and electromagnetic shielding on the magnetic induction intensity and the heating of parts of different materials around the inductor was analyzed by calculating the magnetic induction intensity around the longitudinal flux induction heater under different conditions.The results show that leakage flux can be reduced up to 49%by electromagnetic shielding.The higher the frequency,the greater the electromagnetic shielding effect,and the lower the magnetic leakage around the inductor.Conversely,the higher the power,the greater the magnetic induction around the inductor.By adding electromagnetic shielding to reduce magnetic leakage of the inductor and replacing the metal part material around the inductor with stainless steel,the heat generation of the parts around the inductor can be greatly reduced.

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。

管道外壁缺陷多磁化单元磁场数值模拟与参量分析

利用有限元方法对局部管道、磁化结构及外围部分空气进行三维实体建模,通过有限元求解计算,得到了单磁化单元模型和多磁化单元模型在管壁存在圆柱形缺陷时的磁场分布情况,并提取磁场强度H、磁感应强度B等参量进行对比,分析了各磁化单元间的相互影响,分析结果为漏磁技术应用于管道外壁检测提供理论依据。

电磁软接触连铸圆坯结晶器磁场分布数值模拟研究(Ⅰ)——数学物理模型及数值计算结果的实验验证

描述了自行设计的电磁软接触圆坯连铸结晶器,给出了相应的三维圆坯连铸结晶器电磁软接触电磁场的数学模型.采用有限元方法对数学模型进行数值求解,在对数值计算结果进行实验验证后,系统地研究三维圆坯连铸结晶器内磁场分布.数值解与实验结果误差小于5%.分别考察了结晶器结构参数,钢液液面高度、电流强度等参数对结晶器内磁场分布的影响.定量地得到了结晶器内磁感应强度随各种结构参数和操作参数变化的规律.为电磁软接触连铸圆坯结晶器的设计和实际操作提供了理论依据.

基于FEM的电磁缩径耦合场数值模拟

对管件电磁缩径的磁场力和动态变形进行了耦合场FEM数值模拟。应用ANSYS计算作用在管件上的瞬态磁场力,然后以该力为边界条件模拟工件高速变形,实现管件变形与磁场力之间的耦合。研究结果表明,作用于工件的磁场力及其径向变形分布不均匀;工件变形可以间接说明磁感应强度和磁场力的分布;工件变形较大时,全耦合模拟结果较半耦合模拟更合理,而变形较小时,二者模拟结果相近。管件变形的模拟值与测量结果吻合较好。

二维磁流体力学程序MFCGⅡ与MFCGⅠ计算结果的对比分析

根据磁场、电流密度和感应电流的解析公式研制了爆炸磁通压缩发生器充电和爆磁压缩过程的计算程序MFCGⅡ。在相同条件下用该程序和二维磁流体力学程序MFCGⅠ分别计算相同模型所得结果符合较好。因此用MFCGⅡ可分析、解释MFCG实验中有关的物理问题。

二维磁流体力学程序MFCGⅢ计算结果与测试结果的对比分析

根据磁场、流函数和感应电流的解析公式,研制了间接馈电爆磁压缩发生器充电和爆磁压缩过程计算程序MFCGⅢ。用MFCGⅢ计算了实验模型,其结果与测试结果符合较好。因此MFCGⅢ可对实验提供优化设计,并且可分析、解释MFCG实验中有关的物理问题。

电磁软接触连铸圆坯结晶器磁场分布数值模拟研究(Ⅱ)——结构参数和操作参数的影响

系统地研究了三维圆坯连铸结晶器内磁场分布,分别考察了结晶器切缝长度、切缝宽度、切缝数和结晶器壁厚等结构参数,钢液液面高度、电流强度等操作参数对结晶器内磁场分布的影响.切缝长度从130mm增加到220 mm,磁感应强度最大值从0.056 T增加到0.071 T;切缝宽度从0.3 mm增加到1.1 mm,磁感应强度最大值从0.058 T增加到0.089 T;切缝数从8增加到32,磁感应强度增加明显,32后不再明显;结晶器壁厚从10 mm增加到19 mm,磁感应强度最大值降低近50%;钢液液面应该位于线圈中心位置从而获得最大磁感应强度;磁感应强度最大值随电流强度线性增加.

电磁搅拌半固态铝合金磁感应强度的优化

通过建立简化的二维电磁搅拌模型,利用ANSYS 15.0求解其中的磁感应强度分布,模拟了不同坩埚半径、不同电压和不同频率对磁感应强度最大值的影响。模拟结果表明,在坩埚半径0到0.85R的条件下,磁感应强度随电压的增大而增大,随频率的增大而减小,且在0.85R出现较大的磁感应强度。将正交试验应用到半固态铝合金电磁场分析中,得到影响磁感应强度的主要因素顺序为:电压、频率、坩埚半径。利用正交试验找到了最优水平组合方案,即:电压为380 V,频率为30 Hz,坩埚半径为27.5 mm。实验验证证实了数值模拟的正确性。

集成极靴式互作用系统及其聚焦磁场的研究

集成极靴式互作用系统在高频段行波管中有着巨大的应用潜力,而在其设计和应用过程中,最大限度地克服横向磁场是一个十分重要的问题。介绍了集成极靴式互作用系统的结构单元、工作原理和比较优势;基于一段特定几何尺寸的集成极靴式互作用系统,先定性分析了影响其磁场分布的关键参量,然后利用CST静磁工作室详细研究了各个参量的变化与其磁场分布的相互关系。计算结果不仅可以进一步加深对矩形磁钢磁场分布的认识,也为集成极靴式互作用系统的在高频段行波管中的应用奠定了基础。

带窗口磁驱动准等熵压缩实验模拟

在二维磁驱动数值模拟程序MDSC2中增加了LiF材料的材料参数和功能模块,使MDSC2程序具有了求解带窗口磁驱动准等熵压缩实验的能力。采用MDSC2程序,对大电流脉冲功率装置上的exp-3-window、exp-6-window带窗口磁驱动准等熵压缩实验进行了模拟。数值模拟结果表明,二维磁驱动数值模拟程序MDSC2能正确模拟带窗口磁驱动准等熵压缩实验exp-3-window和exp-6-window的全过程,模拟的飞片/窗口界面速度在飞片/窗口界面速度的上升阶段、峰值附近和卸载阶段与实验测量基本一致,验证了新程序的计算有效性。MDSC2程序对带窗口磁驱动准等熵压缩实验的正确模拟有助于磁驱动样品物性实验的研究。

脉冲漏磁检测管道技术的有限元分析

漏磁检测方法作为一种无损检测技术广泛应用于钢材等的检测。分析了脉冲漏磁检测原理,提出了脉冲交流磁化方式。采用有限元法对系统参数变化等影响缺陷漏磁场分布因素进行了仿真计算,分析了提离、缺陷深度及宽度等变化对脉冲漏磁检测结果的影响。结果表明在较大提离情况下,脉冲漏磁检测方法具有可提取较多检测信息、输出电压幅值高的优点,在钢管的缺陷检测中将有广阔的应用前景。

基于三维数值模拟的焊缝缺陷漏磁场分析

漏磁检测技术对钢板对接焊缝检测鲜有应用,根据铁磁性焊缝的特点,针对焊接结构中较敏感的裂纹缺陷,探讨应用漏磁法检测钢板对接焊缝裂纹缺陷。采用有限元数值模拟方法(FEM),建立了焊缝三维FEM模型;对比分析焊缝不同区域存在裂纹时漏磁场分布规律;建立不同焊缝余高包含相同尺寸裂纹的三维FEM模型,分析由于焊缝余高的存在对裂纹检出率的影响;研究在焊缝余高3 mm结构条件下,漏磁场磁感应强度分量峰值随裂纹深度的变化规律,得到漏磁场相关对比分析曲线。仿真结果表明:漏磁法适用于钢板对接焊缝缺陷的检测研究;焊缝余高越小,可获得更高的缺陷检出率;漏磁场磁感应强度分量峰值均随裂纹深度的增加呈递增趋势。

管道漏磁检测的二维数值模拟研究

在管道漏磁检测中,缺陷的定量识别一直是个难题,运用有限元分析的方法,建立了漏磁场的数学模型,然后采用有限元分析软件ANSYS建立了漏磁检测装置分析的模型,并进行了二维静态情况的仿真,获得了不同缺陷所产生的漏磁信号,并把这些结果和实验结果进行了比较分析;从这些结果中可以得出了缺陷的特征与其所产生的漏磁信号的特征之间的对应关系,采用仿真的方法来研究漏磁信号的定量识别问题并取得较好的识别效果。

GPS40-9F型屏蔽泵的设计

为提高屏蔽泵的性能和缩短设计周期,在数值模拟的基础上对GPS40-9F型屏蔽泵的屏蔽电机和泵的水力元件进行了设计.利用ANSYS参数化设计语言APDL编写命令流完成磁场模拟过程,并对屏蔽电机的两个模型所计算得到的磁力线、磁流密度分布进行对比分析.对屏蔽泵的水力部件进行三维建模,运用CFX软件对多个不同工况点下的流场进行模拟,分别采用SIMPLER算法及SIMPLE算法进行迭代运算,对比分析了后处理得到的压力云图.结果表明,模型2的气隙磁通大于模型1,说明屏蔽电机设计成细长型更有利于机电能量转换.在相同模型、相同网格条件下,采用SIMPLER算法的计算效率要高于SIMPLE算法,SIMPLER算法具有更好的收敛效果,并将模拟计算结果与试验数值进行对比,验证了数值模拟计算的可行性和准确性.

SST二方程湍流模型在高超声速绕流中的可压缩修正

为模拟高速可压缩湍流问题,对剪应力输运(SST)湍流模型进行了可压缩修正。数值格式采用改进的总变差减小(TVD)格式,并对湍流模型的负值强制项进行了隠式处理。在此基础上计算了绕平板以及基本无分离和具有分离流动结构的压缩拐角的高超声速流动。计算结果和实验数据及半经验公式的对比表明:SST湍流模型的可压缩影响项为密度加权脉动速度的平均与压力梯度的标量乘积。经可压缩修正后的SST湍流模型与原模型及其它可压缩修正模型相比,所计算的壁面压力、摩擦阻力和壁面热流分布具有更高的精度。

频率对电磁搅拌磁流耦合特性的影响研究

以两相四极电磁搅拌器为研究对象,通过数值模拟方法研究了频率对电磁搅拌磁场、电磁力及流场的影响。结果表明,金属熔体表面磁场远大于中心处,且磁场随频率的增加而减小,随频率增加电磁力先增加后减小。频率为1 Hz时磁场方向的均一性最佳,且熔体具有最大流速。这主要是由电磁力的大小和分布来决定的。

基于Qt/X11的爆磁压缩脉冲发生器数值仿真

为了提高对爆炸磁通量压缩发生器(MFCG)的仿真能力,在Unix/Linux操作系统上开发了基于Qt/X11的MFCG数值仿真系统。通过建立计算机模型对MFCG进行多参数、复杂条件的模型仿真,便于分析MFCG的特性及其运行参数对整体性能的影响,实现多参数变化条件下的快速优化设计。

工业实验用电磁软接触结晶器结构参数研究

本文从工程应用的角度讨论了工业实验电磁软接触连铸结晶器结构参数对结晶器内部磁场的影响规律,进而确定工业实验结晶器结构参数范围:当分瓣数大于40时,最大磁感应强度随分瓣数增加的幅度不大;切缝宽大于0.8 mm时,切缝宽度对磁感应强度影响不明显;缝长长于线圈两端各40 mm,就可解决结晶器铜管磁屏蔽问题。本文还发现若线圈外部存在良导电体部件,将会降低钢液表面磁感应强度达50%。

金属管道裂纹尖端磁通量密度的模拟计算

用数值模拟方法研究了金属管道裂纹尖端磁通量密度的分布情况.给出了电流分布,磁通量密度的分布.模拟结果表明,金属管道裂纹尖端的磁通量密度是最大的,并且磁通量密度的大小随着电流密度的增加而增大.通过具体算例表明,金属管道裂纹尖端的电流密度为1010A/m2数量级时,金属管道裂纹尖端磁通量密度约为0.1 wb的数量级.