永磁磁流体泵内部流场流动仿真及实验研究

论文摘要

我国对磁流体驱动的研究还处于初级阶段,针对我国目前磁流体驱动系统的研究现状,在全面总结现有研究成果的基础上,对磁流体驱动系统进行了比较深入的理论研究,并进行了仿真模拟和物理实验,取得了一些具有实用价值的成果。本文以导电液体处在电场和磁场中受力为研究对象,分析了电解质溶液在电磁场中产生运动的机理,结合流体力学理论得出电解质溶液在电磁力驱动下的数学模型。将通道内的电磁场与流场进行耦合分析,进行仿真模拟得到电场和磁场与液体流速的关系。然后设计了永磁磁流体泵驱动电解质溶液的实验装置,通过实验得到电压、电导率与驱动液体流速的相关数据,并对仿真结果与实验结果进行比较分析。最后本文提出了相应的改进方案,对进一步研究磁流体泵及工程应用有一定的指导意义。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 引言
• 1.1 研究背景及意义
• 1.1.1 磁流体泵技术
• 1.1.2 电磁分离技术
• 1.1.3 磁流体船舶驱动
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 本文的主要研究内容
• 2 磁流体泵的理论基础
• 2.1 磁流体泵的工作原理
• 2.2 磁流体泵的分类
• 2.2.1 直流磁流体泵的分类
• 2.2.2 交流磁流体泵的分类
• 2.3 现有磁流体泵形式的综合比较
• 2.3.1 交流式与直流式的比较
• 2.3.2 直管式与螺旋管式的比较
• 2.3.3 内磁式与外磁式的比较
• 2.4 磁流体的流动机理和数学模型
• 2.4.1 磁流体的流动机理
• 2.4.2 电解质溶液在电磁场下运动的数学模型
• 2.4.3 永磁磁流体泵数学模型
• 3 永磁磁流体泵内部流场流动仿真分析
• 3.1 有限元方法
• 3.2 有限元方法的基本原理
• 3.3 有限元法的计算步骤
• 3.4 用有限元法解通道内的流场
• 3.5 用有限元法解通道内的电磁场
• 3.5.1 通道内电磁场的泛函和变分
• 3.5.2 泛函的离散格式
• 3.5.3 集合离散方程
• 3.5.4 求解场变量
• 3.6 求解通道内的耦合场
• 3.7 仿真分析
• 3.7.1 ANSYS 分析的网格划分
• 3.7.2 电场计算
• 3.7.3 电磁力计算
• 3.7.4 流场驱动计算
• 3.7.5 流场计算
• 3.7.6 结果分析
• 4 永磁磁流体泵驱动流体实验及数据分析
• 4.1 永磁磁流体泵及配套实验装置研制
• 4.1.1 永磁磁流体泵的研制
• 4.1.2 实验装置的研制
• 4.1.3 磁场强度的测试
• 4.2 驱动条件对磁流体泵驱动性能的影响
• 4.2.1 实验参数
• 4.2.2 实验数据
• 4.2.3 磁流体泵实验中的电解现象
• 4.2.4 实验结果分析
• 4.2.5 针对磁流体泵产生气泡的解决办法
• 5 结论与展望
• 5.1 主要结论
• 5.2 工作展望
• 致谢
• 参考文献
• 攻读硕士期间发表的论文及参与的科研活动