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直流电磁泵泵沟电磁场数值模拟

作　者: 刘艳明
导　师: 徐宏
学　校: 中北大学
专　业: 材料加工工程
关键词: 电磁泵 电磁仿真 ANSYS 可视化 压力控制
分类号: TP391.72
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要


本文通过ANSYS软件建立了电磁铁有限元模型,模拟仿真出电磁铁磁场分布情况,使得看不见的电磁铁磁场实现了可视化。研究了电磁铁铁芯上的磁路特征,发现其左右两侧的磁感应强度关于线圈中垂面对称,并且从线圈到磁隙呈现逐渐递减的趋势。通过模拟,计算出磁隙间磁感应强度的总量和各个分量的大小,其中ΒX为0. 297T,ΒSUM为0.316T。分析了直流平面电磁泵泵沟多物理场的复杂特征,对泵沟流槽的CAD几何图形进行网格剖分,建立了流槽有限元模型。研究了电极电场在泵沟区域的分布特征,通过模拟发现电力线在流槽中间区域发生了弯曲膨胀,仿真出电流的漫流效应,并实现了平面直流电磁泵泵沟电场的可视化。通过模拟计算出流槽中间区域的电流密度大小总量和各个分量的大小,其中JX为5. 22×105Αm2,JSUM为5 .6×105Αm2,发现进/升液管管宽为50mm的流槽其电流分散流最小,为最优结构。研究了压力控制技术,研究了不同磁感应强度下的压力变化、不同电极电流下的压力变化,并研究了电磁铁的励磁情况,最终发现,在磁感应强度不变的前提下,调节电极电流可以较好地控制电磁泵压力。本研究通过模拟仿真,利用计算机技术对其电磁物理特征进行数值模拟,解决了电磁泵电场和磁场看不见的困惑,为进一步优化电磁泵结构提供了强有力的计算机辅助设计,必将对电磁泵的技术攻关和市场拓展带来巨大的促进作用。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
1 绪论  9-20
  1.1 电磁泵低压铸造技术概述  9-14
    1.1.1 电磁泵低压铸造技术的研究现状  9-10
    1.1.2 直流平面电磁泵工作原理  10-11
    1.1.3 电磁泵的种类  11-12
    1.1.4 电磁泵低压铸造的特点  12-14
  1.2 电磁数值模拟  14-18
    1.2.1 电磁场模拟发展现状  14-16
    1.2.2 ANSYS模拟技术  16-17
    1.2.3 本课题电磁模拟的意义  17-18
  1.3 本文拟解决的问题  18-20
2 电磁泵电磁特性研究  20-32
  2.1 电磁场理论  20-24
    2.1.1 麦克斯韦方程组  20-22
    2.1.2 电磁边界条件和控制方程  22-24
  2.2 通电线圈的磁场特征  24-29
    2.2.1 奥斯特实验  24
    2.2.2 铁磁性的磁化性能  24-27
    2.2.3 通电线圈磁场模拟  27-29
  2.3 电极的电场特征  29-32
3 直流电磁泵电磁铁磁场模拟及结构优化  32-48
  3.1 模型单元的选择及模拟方法  32-34
  3.2 不同磁隙尺寸下磁感应强度模拟计算  34-37
  3.3 不同聚磁长度下磁感应强度模拟计算  37-41
  3.4 磁场仿真及磁隙间B的计算  41-48
    3.4.1 模型建立及网格划分  41-42
    3.4.2 磁感应强度模拟仿真  42-43
    3.4.3 磁力线模拟与分析  43-44
    3.4.4 电磁铁漏磁分析  44-45
    3.4.5 磁隙间B的模拟计算  45-48
4 直流电磁泵泵沟电场数值模拟  48-58
  4.1 电场数值模拟前处理  48-51
    4.1.1 基本假设及模型建立  48-50
    4.1.2 网格剖分  50
    4.1.3 控制方程和边界条件  50-51
  4.2 流槽区域电流密度模拟计算与分析  51-58
    4.2.1 模拟计算的数据及分析  51-54
    4.2.2 管宽为50 mm的流槽电场仿真  54-58
5 电磁泵电磁力控制技术研究  58-68
  5.1 电磁泵压力控制  58-64
    5.1.1 压头的控制技术  58-59
    5.1.2 磁极B与压力的关系  59-63
    5.1.3 电极电流I_e 与压力的关系  63-64
  5.2 控制技术方案  64-65
  5.3 电磁泵CAD/CAE技术研究  65-68
    5.3.1 低压铸造加压工艺规范  65-67
    5.3.2 模拟结果  67-68
结论  68-71
参考文献  71-74
致谢  74-75
硕士学位期间发表及待发表的论文  75

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中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 机器辅助技术 > 机器辅助设计（CAD）、辅助制图
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