磁流体中永磁悬浮磁场解析模型试验验证(英文)

永磁体在磁流体中能够自悬浮,准确获取悬浮位置信息是验证理论模型、调节各种影响磁场力的参数以实现悬浮位置可控的关键.磁场分布具有唯一性原理,通过磁场分布模型计算推导,可以得出永磁体悬浮位置模型HZ.该模型与永磁体位移r具有唯一对应关系.利用这种对应关系即可对磁流体中的永磁体进行定位.采用霍尔检测方法逐点测量磁场与永磁体位置之间关系,验证解析模型.结果表明试验与理论曲线匹配度好.在试验中测量得到悬浮位置为43.13±0.05 mm,与根据模型计算结果43.34 mm非常吻合,证明永磁体悬浮位置模型应用于悬浮高度预测中是正确有效的.     

永磁体在磁流体中悬浮平衡动态数值模拟

永磁体在磁流体中达到临界平衡状态时可以自悬浮.而以解析方法求解圆柱形永磁体浸入磁流体中受到的磁性力难度很大.基于磁流体中磁场分布模型及力学公式,利用有限元分析方法,采用新型移动边界控制方式,建立虚拟环境和模型并进行磁场变化动态仿真.描绘永磁体位移与作用力关系曲线,精确求解获得悬浮高度.试验结果表明,φ10×20永磁体存在唯一悬浮平衡高度9.6mm,数值计算数据与试验数据吻合,证明悬浮平衡位置的存在性和唯一性,同时验证了动态数值分析结果真实有效性.     

磁流体重力悬浮的研究

从磁流体的伯努利方程出发,对磁流体在磁场作用下所具有的悬浮能力进行了理论推算;结合超顺磁理论分析了磁流体重力悬浮过程中磁场梯度,磁场强度以及磁流体本身性质等因素的作用,并对磁流体重力悬浮过程作了描述;采用自制磁流体进行实验,实验结果同所作的分析及计算基本相符;成功地把Pt,Pb等致密物质悬浮起来。     

磁性液体二阶浮力的理论与实验研究

基于永磁体在磁性液体中受到的二阶浮力的仿真与计算问题,建立了重力场和磁场共同作用下的磁性液体平衡微分方程,推导了二阶浮力的计算公式,提出了一种高精度的二阶浮力的计算方法;将圆柱永磁体等效为同形状的无限薄电流线圈,计算了圆柱永磁体产生的磁场,并根据磁场计算得到二阶浮力;用实验测量了二阶浮力的大小,计算结果和实验结果具有很好的一致性.计算和实验结果表明:不断减小永磁体距离容器壁的距离,二阶浮力不断增大,且距离越小增大得越快.     

一种新型磁流体加速度传感器

为了解决传统磁流体加速度传感器体积大、灵敏度低、线性度差、使用频率范围低等缺点,设计了一种新型磁流体加速度传感器。采用圆柱形永磁铁作为惯性质量,将加速度转化为磁场的变化,利用高灵敏度线性霍尔检测磁场变化,从而实现加速度到电信号的转变。通过仿真和实验分别对磁流体的悬浮效应、阻尼效应以及圆柱形永磁铁的磁场分布情况进行了研究,结果表明:在永磁铁体积较小的情况下,永磁铁受到的悬浮力很小;在磁场作用下,磁流体具有非常优越的阻尼性能。基于永磁铁的磁场分布情况的研究结果,选取磁场变化梯度最大且线性度最好的位置安装霍尔元件,从而提高传感器灵敏度。利用振动实验台,对所设计的传感器性能进行实验验证,结果表明,新型磁流体加速度传感器具有较好的线性度和较大的可用频率范围,在其他结构不变的前提下,磁流体的使用将加速度传感器的可用频率范围提高了256%。本文为研究磁流体的悬浮效应和阻尼效应提供了一种策略,也为加速度传感器的研究和改进提供了一种新的思路。     

一种转动容器中磁流体液表面形貌测量方法

针对旋转容器中磁流体液表面形貌测量,提出了一种基于线型激光同步斩波调制投影的多步测量方法。采用与容器同步转动窗口斩波调制的线型激光投影方法获得了稳定的磁流体表面投影线,同时采用长时间多圈测量的平均和亮度增强效应,获得了高亮度和对比度的磁流体表面投影线;采用高透光率的亚克力盖板,实现了磁流体密封与高透光测量的双重功能,研究并给出了考虑亚克力板折射率对测量结果影响的磁流体高度测量公式;构建了磁流体形貌测试实验台,并开展了不同转速、不同磁场强度下磁流体的形貌测量验证实验,通过多组实验测量提高精确度,并与理论分析进行磁流体变化规律对比验证。通过这种实验方法可测量在旋转运动中的磁流体表面形貌,真实反映磁流体受到磁场、离心力作用下的运动状态。     

一种利用磁流体液流变效应的在线动平衡方法

针对现有在线动平衡方法存在的缺陷,提出了一种新的基于磁流体流变效应的在线动平衡方法。从理论上分析和阐明了局部磁场作用下磁流体由于内部压力变化导致产生质量偏心的原理,利用线激光投影测量法,对不同磁场条件下的磁流体表面进行实验测试。对所得磁流体三维形貌图分析可知,在局部磁场作用方向上,磁流体质量偏心程度随磁感应强度的增加而增加,验证了利用磁流体流变效应实现动平衡的可行性。为实现对任意大小和方向失衡量的校正,设计了平衡容器及3个互成120°的共轭C型电磁铁,通过构建电磁铁有限元模型,对给定电流下电磁铁周围磁感应强度进行了分析。实验中利用电磁铁线圈电流变化实现在线动平衡,实验结果表明,磁流体流变效应产生的质量偏心可用于转子失衡校正,一次校正后不平衡量下降率达65.14%。实验验证了提出的动平衡方法的有效性。     

磁流体各向异性导热的研究

考虑磁流体中粒子受力及运动特性,运用数值模拟方法研究了外加磁场作用下磁流体的三维微观结构．建立磁流体各向异性导热系数的预测方法,分析计算在不同外加磁场作用下磁流体的导热系数．引入表示粒子非均匀分布结构特征的结构各向异性参数,修正Maxwell公式,将该公式拓展应用于计算磁流体各向异性导热系数．结果表明：当外加磁场作用时,磁流体中粒子沿磁场方向形成链状结构,磁流体沿着链向的导热系数要大于其他方向的导热系数,导热系数表现出各向异性特征．且随着磁场强度的增大,磁流体内的链状结构变得更加明显,导热的各向异性特征更加明显．     

基于缺陷磁流体光子晶体的磁场传感器

基于磁流体的折射率可随外磁场的变化而变化,提出利用传统的电介质材料和磁流体构成含缺陷的光子晶体结构来实现磁场传感。光子晶体缺陷层可以是传统的电介质,也可以是磁流体。利用传输矩阵法比较研究了两种情况下的磁场传感特性。计算结果表明,两种结构的缺陷模特性随光子晶体结构参数的变化规律基本相同,但以磁流体为缺陷层的缺陷光子晶体结构具有相对较高的探测灵敏度。研究结果为实际磁场传感器的设计、制备提供了参考。     

大间隙磁流体密封的磁场有限元分析及实验验证

采用有限元法,研究了密封间隙值为0.4～0.8 mm范围内大间隙并联型磁流体密封结构的磁场分布及密封能力与磁源个数的变化关系,采用实验的方法验证了大间隙对多磁源磁流体密封性能的影响,并对计算结果进行了分析和讨论.结果表明:大间隙并联型磁流体密封能力随着密封间隙的增加而减小;多磁源的密封结构可以显著提高大间隙磁流体的密封性能;永磁体与极靴结合处的漏磁及部分磁源没有完全发挥作用,是导致并联型磁流体密封结构的密封能力与单磁源的耐压能力成非线性关系的原因.     

用分子电流观点推导磁库仑定律

在已知磁铁之分子电流生于铁外的磁场强度 ,恰好就是它的等效磁荷生于铁外的磁场的基础上 ,证明细长永久磁铁的分子电流所受外磁场的总合力 ,也恰好等于它的等效磁荷所受外磁场作用力 ,推出等效“点磁荷”的库仑定律 ,并揭示了磁极间相互作用的实质     

核磁共振全直径岩心分析仪磁体的研制

采用核磁共振进行石油岩心分析，可以从一块岩样中得到孔隙度(总孔隙度、有效孔隙度、粘土束缚水孔隙度等)、自由流体指数(可动流体百分数)、孔径分布以及渗透率等多种参数，具有无损检测、一机多参数、一样多参数的显优点．我国油田以陆相沉积油田为主，其主要特点是储层存在严重的非均质性，所以采用核磁共振全直径岩心分析非常有必要性，和核磁共振标准岩心分析同样重要，磁体是核磁共振岩心分析仪的核心部件，这种磁体相对体积较小，有效气隙大，重量轻．在设计磁体时，首先要根据经验初步确定磁体类型和结构尺寸，然后再用有限元方法进行计算，得出准确的尺寸，装配完的磁体通过无源匀场使磁体的均匀度达到要求，磁场的均匀度和FID(free induction decay)信号衰减程度密切相关，FID衰减的越快，说明磁体均匀度越差，磁体经调试完毕后，使用煤油和四氯化碳模拟孔隙介质组成的标准样做FID测试，通过磁体的测试，可知磁体的均匀度、磁场场强的温度稳定性、磁体的总体稳定性良好，完全可以给核磁共振全直径岩心分析仪营造一个合适的匀场环境。     

从分子电流观点推导"点磁荷"生磁公式

按照载流细长螺线管和细长磁铁表面分子电流具有相同的生磁作用,推导出“点磁荷“生磁的公式,并同时揭示了磁极上“磁荷“产生的磁场,实质上是细长磁铁表面分子电流的合磁场.     

基于双面金属包覆波导的磁流体折射率研究

基于厚度达到毫米量级的双面金属包覆波导,采用波长为785nm的激光入射到该波导金属耦合层上,激发波导中的超高阶导模,在波导正上方放置固定磁钢。在穿过波导中心的平行磁场作用下,选择合适的三个连续的导膜角,测定液体膜的折射率,得到磁流体折射率与磁感应强度大小的关系。     

磁流体惯性传感中二阶浮力试验因素分析

阐述基于磁流体新材料惯性传感器的基本工作原理,二阶浮力是传感器正常工作的前提,提出活动磁块受力模型。基于此模型,分析影响二阶浮力的主要因素:活动磁块材料、活动磁块尺寸、磁流体及温度,为二阶浮力试验提供理论支持。     

基于磁荷模型的永磁体空间磁场的有限元分析与计算

基于等效磁荷模型对永磁体空间磁场进行分析，并利用泛函理论建立了与该模型对应的交分形式，再利用变分原理详细地讨论了有限元计算方法．由于等效磁荷模型使用仅有一个自由度的标量磁位，因而计算起来比具有3个自由度的矢量磁位的等效电流法更简便．从永磁磁力轴承磁场的算例中可以看出，用等效磁荷模型的有限元法计算永磁体空间磁场是非常简便和有效的。     

磁性复合流体的深孔抛光工艺试验研究

针对深孔零件光整加工技术的难题,提出了基于针式抛光头的磁性复合流体（MCF）深孔抛光的加工方法。首先利用COMSOL Multiphysics有限元软件建立不同的永磁铁磁场组合模型,根据仿真结果设计磁场分布均匀且强度较强的针式抛光头;再建立MCF深孔抛光的磁流场耦合模型,分析MCF的流动特性;以黄铜H62的深孔零件为加工对象,进行磁性复合流体的深孔抛光工艺试验研究。仿真结果与试验结果吻合,结果表明,当针式抛光头采用纵向单列磁芯结构,转速为800 r/min,抛光间隙为3 mm,羟基铁粉粒径为48 μm时,表面粗糙度为0.13 μm,材料去除率为0.025 mg/min,从而获得了最理想的MCF深孔抛光效果。     

用直线段电流磁场公式计算水冷磁体磁场

水冷磁体设计,须计算水冷磁体产生的磁场以获得磁体磁场的空间分布,使设计出的磁体满足实验要求.水冷磁体磁场计算在工程上常用的计算方法是椭圆积分法.此方法计算的水冷磁体的磁场均匀度比实际做成的磁体产生的磁场均匀度偏高.原因之一是磁体上的电流路径并不是工程上假设的闭合圆环路径,而是与之等半径的螺旋线状的路径.这是工程理论计算...     

大直径磁性液体密封新结构的优化设计

磁性液体密封应用于大轴径的工况下时，环形永磁体作为磁性液体密封的磁源结构，存在因直径过大导致充磁不均匀进而引发的密封耐压能力降低的问题。为解决这一问题，设计了一种轴上永磁体的磁性液体密封结构，该结构的环形永磁体设计在轴上，与传统的磁性液体密封相比减小了环形永磁体的直径，同时减小了结构总体的轴向尺寸，使其具有结构紧凑的特点。通过有限元仿真对环形永磁体的几何参数进行优化，同时对比了新结构在极靴上开极齿和在环形永磁体上开极齿两种方式耐压能力的区别。通过模拟分析得到所设计密封结构磁通密度在极齿上的分布以及大小，并计算出理论耐压能力，证明了所设计密封结构的合理性。