利用交变磁场分离空心圆柱状金属熔体中非金属夹杂

对空心圆柱熔体中非金属夹杂的电磁分离过程进行了动力学分析，通过解析法计算得出了无量纲数r1/δ、磁感应强度Be、电磁力作用时间t和颗粒粒径d     

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30μm的夹杂颗粒运动速度较快,容易用电磁方法分离,粒径小于10μm的夹杂颗粒运动速度较慢,难分离·     

高频磁场下熔体夹杂迁移行为的研究

本文研究了高频磁场中熔体夹杂的迁移行为,利用感应线圈产生的高频磁场,选取Al-2%Fe、Al-5%Fe合金中的产生的富铁相作为研究对象。颗粒与熔体之间的导电率存在很大的差异,当外加磁场时,产生的电磁力作用于熔体,固相颗粒将向分离器外壁面迁移而除去。通过加入变质剂Mn元素研究其对富铁相形貌的影响,研究表明:在Mn/Fe的摩尔比为1.4～1.5时,针状的富铁相变成了块状或汉字状,减小富铁相再熔体中迁移受到的阻力,使之更利于在熔体中迁移,并进一步探讨了电磁分离过程中各工艺参数对夹杂颗粒迁移行为和实际分离效率的影响。     

喷流式感应体熔沟内金属熔体流动数值仿真

基于电磁流体力学和电磁感应现象,对喷流式感应体熔沟内金属熔体的电磁场和流场进行数值模拟,并进行试验验证.结果表明,在熔沟旋转磁场作用下,金属熔体存在沿熔沟轴线的流动及熔沟进出口处二次环流;金属熔体表面磁感应强度与电流频率成反比,与输入电压成正比;金属熔体所受到电磁力最大值与磁感应强度的平方成正比,与频率成反比;金属熔体沿熔沟轴线流动的平均流速与磁感应强度成正比,与金属熔体密度平方根成反比.     

电磁过滤Al-Si合金熔体中初生富铁相去除效率的理论分析

采用柱塞流及轨线模型建立了电磁过滤水平流动Al-Si合金熔体中初生富铁相的去除效率模型,并进行理论分析.结果表明,初生富铁相的去除效率随着熔体流速(u)和过滤器的高度(2h)降低而增加;随着电磁力(f)、电磁力作用区长度(x)和初生富铁相的粒径(dp)的增加而增加.采用电磁过滤可有效去除Al-Si合金熔体中粒径大于30μm的初生富铁相,计算结果与水平流动Al-Si合金熔体的电磁过滤实验结果相吻合.该模型可用来设计过滤器的结构和工艺参数的确定,为电磁去除铝合金中的初生富铁相技术的工业应用提供理论基础.     

电磁过滤A1-Si合金熔体中初生富铁相去除效率的理论分析

采用柱塞流及轨线模型建立了电磁过滤水平流动Al-Si合金熔体中初生富铁相的去除效率模型,并进行理论分析.结果表明,初生富铁相的去除效率随着熔体流速(u)和过滤器的高度(2h)降低而增加;随着电磁力(f)、电磁力作用区长度(x)和初生富铁相的粒径(dp)的增加而增加.采用电磁过滤可有效去除Al-Si合金熔体中粒径大于30 μm的初生富铁相,计算结果与水平流动Al-Si合金熔体的电磁过滤实验结果相吻合.该模型可用来设计过滤器的结构和工艺参数的确定,为电磁去除铝合金中的初生富铁相技术的工业应用提供理论基础.     

高频磁场下铝合金中非金属夹杂物电磁分离研究

在高频磁场作用下，利用金属与夹杂物之间电导率差产生的电磁排斥力去除非金属夹杂物，实验材料为Al-10％Al2O3、Al-10％SiC及Al-24％Si，将含有杂质的合金置于不同管径的分离器中，开启高频电源，调整输出功率，利用高频磁场将其熔化，并进一步实现非金属夹杂物的分离，分析了不同管径、颗粒尺寸、磁感应强度、作用时间等条件下的分离效果，结果发现球形Al2O3和SiC颗粒较针状初生硅的分离效果好一些，较高的磁感应强度和小的管径对夹杂物的分离有利。     

电磁过滤Al-Si合金熔体中初生富铁相粒径的研究

经流体力学分析 ,建立了电磁过滤水平流动 Al- Si合金熔体中初生富铁相粒径的数学模型 ,并对电磁过滤器进行了设计 .结果表明 ,当初生富铁相在垂直方向运动的雷诺数 Re<1时 ,去除初生富铁相的粒径 (dp)与熔体流动速度 (u)、过滤器通道高度 ((2 h) 0 .5)成正比 ,与电磁力大小(f)、过滤器长度 (l0 .5)成反比 ;当 1≤ Re<1 0时 ,dp 与 u和 (2 h) 0 .65成正比 ,与 f和 l0 .65成反比 .该模型与实验结果吻合 ,为电磁过滤器的设计和电磁过滤 Al- Si合金熔体中初生富铁相技术工艺参数的确定提供理论依据 .     

电磁力场下初生富铁相在Al—Si熔体中的运动速度

采用物理模拟方法确定了Re=1-10的阻力系数经验公式，经理论分析建立了在电磁力场作用下Al-Si熔体中初生富铁相的运动方程，得出初生富铁相的运动速度随着电磁力（f)和初生富铁相的粒径的增加而增加，在电磁力场下，初生富铁相的运动速度与重力沉降速度比（ζ）随f增加而增加，当f=0.2MN/m2时，ζ=7-10.ζ     

对含有Al2O3的铝熔体电磁分离实验研究

通过向Al熔体中加入SiO2颗粒,成功制备了Al-10%Al2O3复合材料;并采用远大于集肤层厚度的直径30 mm陶瓷分离管和中空管进行了分离实验.结果表明大尺寸分离管同样能实现电磁净化,只是分离时间比中空管略长,可能是因电磁搅拌效应引起的流动造成的.对含有30～200 μm Al2O3颗粒的铝熔体的电磁连续净化实验结...     

半圆环折返管内长江水固液两相流的数值模拟

应用欧拉两相流模型和计算流体力学对含沙长江水在半圆环形折返管中的流动进行了数值模拟,模拟结果表明,在雷诺数Re为2.8×104时,泥沙代表粒径ds为0.030 3 mm的颗粒在各种弯曲度(R/r)的折返管中都有一定的分离效果; 但对于代表粒径ds为0.010 2 mm的颗粒基本没有分离效果;对具有明显分离效果的代表粒径ds为0.108 5 mm的颗粒,当弯管弯曲度R/r在10～40的范围内其分离程度相对较小.     

高频磁场下铝基复合材料熔体中颗粒相的受力与迁移行为模拟

根据电磁学的基本原理,采用数值模拟方法计算得出金属熔体表面的磁感应强度,导出电磁体积力与表面磁感应强度,颗粒迁移速度与电磁体积力以及颗粒迁移偏移角度与电磁体积力的关系表达式。研究结果表明:颗粒相迁移行为的影响因素包括电流强度和频率、颗粒粒径等;高度对电磁体积力的有效作用范围为20~100 mm,并在80 m处取得最大值,增大电流,颗粒沿高度方向分布更均匀。     

环缝式电磁搅拌法制备半固态浆料过程电磁场的数值模拟

建立了环缝式电磁搅拌法制备半固态金属浆料系统电磁场的计算模型,采用商用ANSYS软件对制浆系统内电磁场分布进行了数值模拟,分析了电流、频率、坩埚材质、冷却器材质和环缝宽度对磁感应强度的影响规律,并进行了相应的实验验证. 研究结果表明:电磁场模拟结果与实验结果具有较好地一致性,验证了计算模型与软件算法的可行性;系统电磁力主要分布于环缝内,提高了对合金熔体的搅拌强度;在相同的环缝宽度下,磁感应强度随频率的增大而依次减小,随电流的增大而依次增大;同时选用不锈钢坩埚与石墨冷却器可以使环缝内铝合金熔体的磁感应强度获得最大;相同电流和频率条件下,磁感应强度随着环缝宽度减小而逐渐增大;相同搅拌功率条件下,环缝式电磁搅拌法可以获得更加细小均匀的半固态组织,平均晶粒尺寸较普通电磁搅拌法减小31%.     

Kim模型下超导圆柱体中的夹杂对裂纹的影响

建立一个含有夹杂和中心裂纹的圆柱状YBaCuO超导体的分析模型,将该超导圆柱体置于外磁场中,超导圆柱将受到电磁力作用.通过有限元方法求解裂纹尖端的应力强度因子,求解得到的数值结果可以反映出超导圆柱在电磁力作用下的断裂行为.基于临界态Kim模型,忽略夹杂和裂纹对屏蔽电流的影响,讨论零场冷却过程中裂纹尖端应力强度因子值的变化规律.结果表明,外磁场、夹杂的杨氏模量、夹杂与裂纹的间距、夹杂的半径以及裂纹长度等因素对裂纹有显著影响.     

铝熔体中金属杂质颗粒在稳恒磁场中的运动状态

对稳恒磁场中的金属杂质颗粒进行了受力分析,建立了杂质颗粒的运动模型,经过理论计算确定了它们在磁场力的作用下,处于不同流场内的最终运动速度·根据铝熔体的不同的流动状态,分别采用柱塞流模型和轨线模型计算得出了磁场力对杂质颗粒的分离效率·计算结果表明,杂质的运动速度与分离效率和自身的体积、流体的流动状态、杂质颗粒的磁化率、磁场强度及分离通道的宽度密切相关·在相同的熔体流动速度下,杂质颗粒越大,分离效率越高;降低流体的流动速度有利于提高分离效率·     

电磁振荡中金属熔体颗粒聚合行为的模拟

通过模拟和实验方法,研究电磁振荡作用中金属材料中夹杂物的碰撞聚合行为。采用流场计算和湍流碰撞模型结合的模拟方法,绘制夹杂物生长曲线,研究夹杂物碰撞聚合过程。结果表明:颗粒在电磁振荡作用下发生碰撞聚合;当电流或磁场增加,硅颗粒聚合团平均尺寸增加,所含的硅颗粒数目增多。模拟结果与实验吻合较好,可用于控制非金属夹杂物颗粒聚合团生长。电磁振荡力越大,熔体流场振荡剧烈,硅颗粒碰撞概率增加,促进颗粒聚合。因此利用电磁振荡使合金中细小非金属夹杂物碰撞聚合成大尺寸颗粒,有利于熔体净化。     

板坯连铸二冷区电磁搅拌的数值模拟

利用ANSYS和CFX商业软件,对国内304不锈钢板坯连铸二冷区电磁搅拌进行了数值模拟研究。结果表明,随着频率的增加,磁感应强度减小、电磁力增大;随着电流的增加,磁感应强度、电磁力均增大,且磁感应强度、电磁力的最大值均出现在板坯中心点;电流为400 A时,频率每增加1 Hz,板坯中心点磁感应强度减少约1.68 mT;频率为5 Hz时,电流每增加100 A,板坯中心点磁感应强度增加约7.68 mT;板坯纵轴线上电磁力出现两个呈现对称分布的峰,且宽面中心截面出现两个对称分布的漩涡流场;随着频率和电流的增加,板坯中心点搅拌速度线性增大;电流为400 A时,频率每增加1 Hz,板坯中心点钢液流速增加约0.02 m·s~(-1),频率为5 Hz时,电流每增加100 A,钢液流速增加约0.084 m·s~(-1)。     

交变磁场作用下热镀锌液中锌渣的分离

在交变磁场作用下,利用热镀锌液与锌渣之间导电率差产生的电磁挤压力分离锌渣.静置分离实验结果表明,当磁场频率为20 kHz,磁感应强度均方根值约为0.05 T,分离器为5 mm×5 mm方形孔陶瓷管,分离时间15 s时,实现了粒径5μm以上锌渣与镀锌液的分离,且锌渣在净化过程中由不规则形貌变为较规则的多边形.     

利用超重力分离铝熔体中的夹杂颗粒

利用Al-17％Si-4.5％Cu熔体中密度较小的初生硅颗粒模拟金属熔体内部的夹杂物,并采用超重力场分离熔体中的夹杂颗粒,研究了不同重力系数条件下,金属熔体中夹杂物的分离规律.实验结果表明:经过超重力处理后,初生硅颗粒在试样上部区域发生明显的偏聚现象,试样内部出现无初生硅颗粒区域,且随着重力系数的增加,无初生硅颗粒的区域面积逐渐增大,说明重力系数越大,硅颗粒在试样上部区域的聚集程度越好.随着重力系数的增大,试样的净化效率逐渐升高,当重力系数(G)为500时,试样的净化率达到了84.98％.利用DPM离散相模型对超重力场下熔体内部硅颗粒的具体受力情况进行分析,并模拟研究铝熔体内部硅颗粒在不同重力场中的分离行为.数值模拟结果证明了夹杂颗粒在沿着超重力方向上的运动行为近似符合Stokes运动定律.这表明超重力场可以有效分离金属熔体中的夹杂物.     

大圆坯连铸结晶器电磁偏心搅拌的数值模拟

建立了描述大圆坯连铸结晶器电磁搅拌过程电磁场的三维数学模型,并采用实测数据对模型的准确性进行了验证.研究了不同搅拌电流强度和频率下,磁感应强度与电磁力的变化规律,并重点分析了偏心搅拌下磁感应强度和电磁力的分布特点.结果表明:磁感应强度和电磁力均随搅拌电流强度的增大而增强;随着搅拌电流频率的增大,磁感应强度逐渐减弱,而电磁力先增强后减弱,并在2.5 Hz时达到最大值;偏心搅拌时,电磁力在铸坯横截面上仍呈周向分布,但电磁力和磁感应强度的大小都出现了不对称分布,在靠外弧的一侧更大.