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基于电磁感应原理的新型磨料射流发生装置研究

袁帅伟  
【摘要】:在许多行业中,磨料射流担任着非常重要的作用,比如,磨料切割、磨料抛光等。如今,磨料射流技术中主要面临两个问题:第一,前混合磨料射流磨料罐内一次性装的磨料有限,必须在停机后加入磨料方能继续工作;第二,后混合磨料虽能连续工作,但系统能量利用率较低。本文将电磁发射技术应用于磨料射流研究,利用电磁感应原理建立了磨料射流发生装置;磨料的材质为金属,受力来自于电磁力;磨料颗粒不同于以往的磨料,因为磨料直径大小与受到的电磁力大小有很大关系;本文的主要研究内容如下:分析了电磁发射技术基本理论中电磁炮的原理、主要结构及分类,重点对本文采用的同步感应线圈炮,对其结构、原理及影响系统效率的因素进行了深入地分析。分析了液固两相流中固相颗粒的基本特征,固相颗粒在流体中运动时受到的阻力、加速力及不均匀力,并针对单磨料颗粒在管道内的受力进行了分析,并对其运动过程进行了方程的建立。设计并建立了电磁磨料射流发生装置平台,对实验装置运用Ansys Electro-magnetics suits电磁仿真软件对磨料加速的最佳发射位置进行了研究,结果发现圆柱形磨料的最佳发射位置是磨料尾部距加速线圈入口处-9mm,球形磨料的最佳发射位置是磨料末端距加速线圈入口处的距离为-6mm;分析了装置产生磁场的分布图,揭示了磨料最佳发射位置与磁场的关系。分别对不同参数的球形磨料与圆柱形磨料在不同电压下进行了实验,通过分析速度数据得到直径8mm、质量为2g的球形磨料和长15mm、直径8mm质量为5g的圆柱形磨料的最终速度最大,并对不同参数的球形、圆柱形磨料在不同电压下利用单级加速装置模拟软件模拟得到了相同的结果。采用Ansys Electromagnetics suits电磁仿真软件分别对不同参数的球形磨料和圆柱形磨料进行了参数化分析,分析模拟仿真得到的速度曲线图和位置曲线图,得出直径8mm、质量1.5g的球形磨料和直径8mm、长10mm、质量2.5g的圆柱形磨料的最终速度最大。采用Fluent流体仿真软件对磨料在推动介质水运动时的速度、压力变化及管内介质水的速度分布进行了仿真模拟分析,得到磨料的速度在水中衰减地非常快,管内介质水的速度分布均匀,距磨料运动方向300mm远处的速度已经特别小,因此,加速管的长度不宜过长。图[48]表[3]参[53]


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