中国工程热物理年会 学术会议论文.docx

中国工程热物理年会 学术会议论文.docx传热传质学
编号：143582
中国工程热物理年会 学术会议论文
横向静磁场对电磁悬浮铜液滴稳定性影响
的实验研究1
宋其晖1,石万元"2,冯林1
(，重庆400044
，采用内径为6mm的紫铜管绕 制，铜管表面缠绕高温绝缘胶布；悬浮线圈为3匝，从下往上直径依次为12mm、14mm、 16mm,相邻匝紧密相贴。稳定线圈为2匝，紧密相贴，直径都为16mm；悬浮线圈和稳定 线圈间距为4mm。磁铁采用绵阳西磁科技有限公司定制的被铁硼U型磁辄，该磁辘能够在 其U型空间产生0〜，通过调整线圈与磁铁的相对位置，来改变施加 在悬浮物料上的横向磁场强度。实验采用的高速相机为HG-100K Camera,配备MotionXtra HG-100K system软件。实验材料选取北京中金研新材料科技有限公司出售的纯度为 %的紫铜圆柱颗粒，颗粒直径为6mm,高为8mm。实验在空气环境中完成，必然存 在氧化，本文通过铜颗粒实验前后质量差来确定氧化程度， 称量，，。因此可以认为 氧化只发生在铜液滴很浅的表层。
高速相机
图1实验装置示意图
图2线圈实物图
实验中，电源实际输出功率为10KW,频率为154KHz,电流为55Ao循环水泵以2L/min 的速率向线圈铜管通入循环冷却水，从而带走铜管表面所产生的焦耳热，实现铜管温度的恒
定；铜颗粒熔融时表面界面变化明显且熔化瞬间完成，所以每次实验的拍摄时间点都选取铜 颗粒开始熔化时刻作为拍摄触发时间点，以保证每次所拍摄的照片都为铜颗粒熔化后的相同 时间段，高速相机的拍摄频率为250fi）s。实验结束后立即用HT20特斯拉计（误差为±2% ） 测量实验过程中液滴中心所在位置的横向静磁场强度，并以此作为该组实验过程中施加的横 向静磁场强度。
本文的所有实验采用同一支线圈、控制电源输出恒定，通过改变磁铁在竖直方向上的位 置来改变施加在铜液滴所在空间的横向静磁场强度，分别做了以下六组对比实验：横向静磁 场磁场强度为OT、、、, 、。实验反复操作了 3次，以保证实验 的可重复性。
2数据处理方法
以悬浮铜液滴俯视图作为分析对象，通过自编的图像处理软件识别出液滴俯视图的轮廓 线，然后对该轮廓线进行最佳椭圆拟合，通过拟合出的椭圆提取如图3中的如下特征参数： Rx、Ry、R\ A, Dmax, ：图3中红色椭圆假定为液滴拟合出的轮廓线， 以该椭圆中心作为坐标原点，建立直角坐标系，椭圆与x轴正半轴的交点坐标即为死，椭 圆与y轴正半轴的交点坐标作为冬，R-=R-Ry,椭圆面积为/、椭圆长轴的长度为椭 圆长轴与x轴正半轴之间的夹角为0；长轴经过第一象限时，。为正，经过第四象限时，9 为负，即-9O°<0<9Ooo
图3测量参数的定义
这样定义的意义在于：悬浮铜液滴不仅存在界面振荡，还伴随质心的水平位移，研究液 滴的振荡变形需要消除质心水平位移的影响。本文中各参数的参考点都是液滴的中心，即参 考点在空间的位置坐标并不固定，当液滴发生水