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.     

钢连铸电磁搅拌工艺中流场的数值模拟

利用旋转磁场特征变换模型方程并结合边界更新法,与k-ε湍流模型耦合计算了交变电磁场作用下连铸方坯内的流场.结果表明:电磁力使得钢液在水平方向形成旋转流动,能够降低向下过高的流速并增强回流;从搅拌区域垂直中心向下,水平旋转流动的速度逐渐变小.钢液旋转流速随电源电流和频率的增大而提高,并且在水平面上呈单峰值分布,在近壁面处最大.     

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%.     

连铸结晶器电磁搅拌参数对磁场分布的影响

结合连铸过程的实际情况,采用现场实测与数值模拟的方法,研究了连铸Φ250mm圆坯结晶器电磁搅拌电流和频率对磁感应强度和电磁力分布的影响.研究结果表明,数值模拟计算值与现场实测数据基本一致;当电流相同时,随着频率的增加,磁感应强度减小;沿着结晶器方向,电磁力随着频率的增加而增加,且随着频率的增加,最大电磁力增加量减小,但在搅拌器中心对应的径向上,随着频率的增加,电磁力减小;当频率相同时,随着电流强度的增加,钢液内的磁感应强度和电磁力都增加.结合数值模拟的具体结果,电磁搅拌电流和频率为480A,3Hz时,能起到良好的搅拌效果.     

薄板坯二冷区电磁搅拌铸坯内磁场分布和钢液流动

针对特定设计的搅拌器建立了包含钢液流动、传热和电磁场的三维耦合非稳态数学模型,计算了CSP薄板坯二冷区液芯在电磁搅拌作用下的传输行为,其中考虑了感应电流和搅拌器线圈上下端部对磁场强度的影响.结果表明:电磁力改变了铸坯液相穴内钢液流场,对钢液起到水平搅拌作用;搅拌器产生的磁场不均匀,在不同厚度处幅度和相位都不同,且幅度随着穿透深度的增加而减小;感应磁场移动方向与外部磁场相同且不宜忽略;单侧搅拌器对铸坯内钢液搅拌比较均匀.     

大方坯连铸结晶器电磁搅拌三维电磁场的数值模拟

借助ANSYS有限元分析软件对240mm×280mm大方坯结晶器电磁搅拌磁场进行了数值模拟,系统研究了电磁搅拌参数对结晶器内磁场和电磁力的影响规律.结果表明:磁场在结晶器电磁搅拌器内产生的旋转电磁力在水平截面上形成一对力偶,驱使钢液顺时针旋转;结晶器高度方向上磁场分布呈"两端小中间大"分布特征.数值计算的磁感应强度与实测结果基本吻合.提出了杭钢大方坯45#钢电磁搅拌优化后的工艺参数为电流350A和频率3Hz,实验表明在此工艺参数下铸坯质量得到显著提高.     

电磁搅拌提高铸坯等轴晶比率的数值模拟

采用单侧线性电磁搅拌技术进行了铸坯的静态浇铸实验,并对电磁搅拌过程中的电磁场和流场进行了数值模拟,确定了实验条件下获得全等轴晶铸坯的电磁搅拌参数·结果表明,在本实验条件下,当最大电磁搅拌强度为1414AHz,钢液中的最大电磁力及最大流动速度分别达到6386N/m3和022m/s时,获得了等轴晶比率几乎为100%的铸坯·     

方坯连铸凝固末端电磁搅拌工艺优化的数值模拟

利用ANSYS和CFX软件建立了描述160mm×160mm方坯连铸凝固末端电磁搅拌过程的数学模型.通过确立钢液黏度与温度的定量关系,考虑凝固时钢液黏度的重要影响,研究了方坯凝固末端糊状区磁场和流场的分布,以及电流强度对凝固前沿钢液最大搅拌速度的影响规律.结果表明:搅拌电流强度每增加100A,铸坯中心磁感应强度增加250×10-4T,切向电磁力增加1933N/m3,最大流速增加69cm/s.现场实验检验结果表明:60#钢凝固末端电磁搅拌器安装位置处液芯半径为344mm,最佳电磁搅拌频率为6Hz,最佳搅拌电流为380A,此时凝固前沿最大流速为165cm/s,铸坯中心碳偏析得到明显改善,中心碳偏析指数为104.     

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)。     

大方坯连铸跨结晶器电磁搅拌的数值模拟

借助有限元分析软件ANSYS,在电流为600A,频率为2Hz条件下,对大方坯跨结晶器电磁搅拌进行了数值分析·实验结果和模拟结果对比表明,试验结果和数值模拟结果基本相符·重点分析了不同的电流和频率下,铸坯中心磁场强度和节点电磁力的变化规律,结果表明:铸坯中心磁场强度、节点电磁力随电流增大而增加,也随频率增加而增加,在8Hz时达到最大值·     

对运动电荷间电磁力的讨论

利用洛仑兹变换,导出匀速运动带电粒子的电磁场;根据洛仑兹力公式,推出匀速带电粒子的相互作用力.从电磁动量、动量守恒、动量定律与力之间的联系出发,分析阐述了运动带电粒子间的相互作用力不一定服从牛顿第三定律.     

永磁球形电动机定子线圈座的应变分析

利用气隙磁通密度解析模型和洛仑兹力公式建立了球坐标系下空心定子线圈所受切向电磁力和径向电磁力的解析模型。利用定子壳体和线圈座的有限元模型计算定子线圈座在电磁力作用下的应变,分析了定子壳体厚度、线圈座连接杆长度和直径对应变的影响。最后利用有限元法和解析法对样机进行分析并对结果进行比较,验证了解析模型的正确性和准确性。分析表明,当定子壳体厚度和连接杆直径线性减小而连接杆长度线性增大时,定子线圈座在电磁力作用下产生的应变量在一定范围内线性增加,然后显著增加。     

方坯结晶器电磁制动的数值模拟

利用磁矢位积分方程和电磁流体力学(ＭＨＤ)的基本理论,给出了方坯结晶器内电磁制动的数学模型·磁场、流场和温度场的数值模拟表明,条形磁铁能形成均匀的磁场;与钢液流场速度方向相反的电磁力是电磁制动的直接原因;电磁力能有效地改变方坯结品器内的流场和温度场的分布,造成制动区域的下部呈现活塞流状态,并降低了结晶器内高温钢液区域的温度梯度·     

DC─EAF熔池电磁搅拌与传热的数值计算

本研究应用Ｓｐａｌｄｉｎｇ数值计算方法，移植顶吹转炉成功的数模与计算软件，加入电磁场洛仑兹力，在理论分析的基础上研制了３０ｔ底电极直流电弧炉熔池电磁流场温度场数学模型，开发了计算软件，计算了流场、温度场。     

基于磁势矢模型的电磁直线驱动装置解析建模

针对目前有限元法求解电磁直线驱动装置稳态电磁特性时运算周期长、计算效率较低的问题,提出研究此类驱动装置的解析建模方法。以直驱式自动变速器用动圈式电磁直线驱动装置为例,建立了驱动装置磁场泊松方程,引入磁势矢模型推导了磁场分布方程,并结合边界条件得到了径向气隙磁通密度及电磁力表达式,以此获悉驱动装置稳态电磁特性。结果表明,解析模型与有限元模型的求解误差最小为0.6%,最大为6.6%,与试验误差不超过2.5%,有限元及试验均验证了模型的正确性与精确性。所提方法在确保求解精度的前提下求解过程简单且通用性好,为实现电磁直线驱动装置的模块化设计和无位移传感器控制提供了理论参考,对丰富和发展全电集成动力系统控制方法有一定的理论意义和工程应用价值。     

转子-轴承系统中电磁作动器的Ansys仿真及实验研究

通过有限元软件对电磁作动器进行实验工况下的三维有限元仿真,分析在不同电流和转子定子间气隙下的电磁力;建立了电磁作动器电磁力测量装置,对相应电流和间隙下的电磁力进行静态工况下的测量,验证磁场分析结果的准确性。在此基础上根据模拟数据预测轴承的电流刚度和位移刚度,并分析逐渐增大电流达到磁饱和时电磁力随电流变化规律。研究结果表明,基于Ansys软件的三维有限元分析得出的静态电磁力与实验值相比误差小于10%, Ansys软件能够较准确的模拟电磁轴承静态时的电磁力及相应的电流刚度和位移刚度。     

行波磁场作用下金属液体运动行为的数值模拟

将行波磁场理论和流体运动N-S方程相结合,建立了行波磁场作用下材料制备用容器内三维流场的数学模型,并引入了新的电磁力计算模型.通过与文献中实验结果的对比,验证了本模型及计算程序的可靠性.研究还发现,行波磁场作用下装置内纵截面形成了两个对称的大环流;当径高比降低时,容器内的流场结构没有改变,仍然为两个对称的旋流,形状由椭圆形变成长方形.当电磁力增大时,轴向速度曲线由平顶变为尖顶的抛物线,并且电磁力越大,波顶离底部壁面的距离越近.     

用格子Boltzmann方法计算电磁场中圆柱绕流的减阻问题

利用格子Boltzmann方法,模拟电磁场中的圆柱绕流过程,研究电磁力对圆柱所受阻力的影响,并分析了曲线边界处理方法和曲线边界受力的计算方法;计算得到了不同强度的电磁力作用下圆柱绕流的流线、等涡线及阻力系数.结果表明,电磁力能改变圆柱绕流的边界层结构,延缓边界层的分离,同时还能有效抑制旋涡的脱落,减少阻力.     

电磁分离装置内油水分离特性实验研究

为研究电磁场油水分离过程中油水两相流的流动和分离特性,探究静态与动态条件下电磁分离装置内油水分离效果,在实验室内搭建了电磁场油水分离实验系统,并进行了实验研究。先后完成了电磁场油水分离静态实验与动态实验。静态实验表明:提高电压或增大磁场强度能有效提高油水两相流分离效果;动态实验表明:提高电压或增大磁场强度能有效提高油水两相流分离效果;达到相同油水处理效果的电压数值要大于静态实验;且存在一个临界电磁力数值,只有大于这个临界值,电磁力才能有效促进油水两相流的分离过程。