物理学原理在工程中的应用

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,2016-12-21,#,物理学原理在工程技术中的应用,班级：,14090742,学号：,1409074201,姓名：张三,电磁技术在化学与工程技术中的应用,电磁是丹麦科学家奥斯特发现的。电磁现象产生的原因在 于电荷运动产生波动，形成磁场，因此所有的电磁现象都离不开磁场。麦克斯韦关于变化电场产生磁场的假设，奠定了电磁学的 整个理论体系，从而深刻地影响着人们认识物质世界的思想。,电磁技术是一门应用广泛、覆盖面广的综合性技术,广泛存在于物质世界。进入,20,世纪后,随着各个学科的发展,电磁技术与各相关学科相互交叉渗透,目前已经应用到节能、环保、机械、医学、农业、生物、国防等领域。传统的磁学已经发展成基础磁学、材料磁学、应用磁学和边缘磁学等多个分支。,电磁技术在新型材料制备方面的应用起步较晚,但发展迅速,其应用范围仍在不断扩大,目前已经形成多学科交融、工艺手段多样且应用灵活广泛的研究领域。,电磁技术的应用形式,按照电磁场生成方式的不同和使用形式的差异,将电磁场 在材料科学与工程中的应用形式分为,:,电磁搅拌、电磁铸造、电磁制动、电磁净化、电磁感应加热、电磁悬浮和强磁场技术等。,一、电磁搅拌,电磁搅拌是指利用电磁感应产生的作用力来推动液态金属 有规律运动的过程。就交流感应而言,其原理同异步电机相似,由多相,(,两相或三相,),线圈绕组产生行波磁场或旋转磁场,在导 电的液态金属中产生感应电流,感应电流与磁场作用产生电磁 力,对液态金属起搅拌作用。,电磁搅拌的实质就是在电磁力的作用下加速铸坯内液态金属的运动,从而改善液态金属凝固过程中的流动、传热和迁移过程,达到改善铸坯质量的目的。,在金属凝固过程施加电磁搅拌,能有效改善凝固组织、增加等轴晶率、减少非金属夹杂物、减轻偏析等缺陷。,结晶器电磁搅拌可有效改善连铸坯的中心缩孔,在高过热度浇铸条件下,(,大于,35),改善缩孔的效果明显。结晶器电磁搅拌能有效改善高碳钢的中心偏析,降低 铸坯中全氧,并能有效去除钢水中的氧化物夹杂。,二、电磁铸造,20,世纪,60,年代,前苏联学者,Ge tselev,发明了电磁铸造技术,它是一种无模半连续铸造技术,用单匝水冷铜线圈电磁感应器替代普容连铸中的结晶器,是利用电磁力支撑和约束液体金属立柱成型的新型连续铸造工艺。,当感应器中通入交变电流时,产生交变电磁场,磁场作用于液体金属形成与方向相反的感应电流,磁场与感应电流交互作用产生指向线圈中心方向的电磁力。液态金属在这种电磁力支撑下以感应器内腔形状为基础成型,同时铸机带动铸锭下移,液面上方不断供给金属液,感应器下端的冷却水喷向铸锭,使金属液冷却成型。,为了保证浇注液面平稳,在忽略熔体表面张力时,熔体上的静压力应该与电磁压力相等,并引入内部通水冷却的不锈钢屏蔽罩屏蔽部分电磁力,以保证液柱侧面呈垂直状态,此外,它还有抑制溶液过度搅拌的作用。在电磁铸造过程中，液态金属和感应器不接触,在自由表面的状态下成型,并伴生电磁搅拌作用,因此,电磁铸造比其普通铸造具有更加优良的铸锭表面 质量和组织性能等。,三、电磁感应加热,电磁感应加热是指应用电磁场来加热金属的技术,其原理是根据法拉第电磁感应定律和焦耳,-,楞茨定律。当铜制线圈内通入一定频率的交流电后,电流在其周围空间和导体内部激发出交变磁场,处于线圈内部的金属炉料内会产生感应电动势和感应电流,因电流热效应使得金属发热熔化。,用于感应加热的电流频率在,50,H z 10M Hz,范围,选择依据是加热效率和温度分布。,案例研究概述,洛阳金达石化股份有限公司位于河南省洛阳市吉利区,公司成立于,1984,年,现已发展成为涉综合性经济实体，是生产塑料编织袋、塑料制品的专业厂家。大功率塑料加工电磁感应加热节能系统,是将电磁感应加热原理应用于塑料、橡胶等行业的节能系统,替代塑料、橡胶等行业中电阻丝加热工艺的节能系统。,系统采用磁场感应产生涡流加热原理,利用高频交变电流通过线圈产生交变磁场,当交变磁场内的磁力线通过被加热的金属材料时,就会在被加热的金属材料表面产生无数的小涡流,使被加热的金属材料本身自行高速发热。由于感应线圈与被加热金属并不直接接触,能量通过电磁感应进行传递。与电阻丝加热方式相比减少了热传导和空气热对流的损耗,热效率很高。,四、电磁净化,20,世纪,80,年代人们开始研究液态金属电磁净化,它是借助于电磁力加速液态金属中非金属夹杂物的分离。将充满熔融金属的陶瓷管置于变化的磁场中,会在金属中感生出频率和交变磁场一致的涡流,涡流与感生磁场相互作用产生指向轴心的电磁力。,非金属夹杂物的导电率比金属液小得多,杂质中的流密度非常小,所受到的电磁力远远小于金属液本身,夹杂物会 受到相反方向的体积力的作用,也称为电磁挤压力,并逆向电磁力方向迁移,最后附着在管壁上而除去。,当前我国电磁净化技术的发展方向主要有四个方面。,1.,研究电磁过滤器的结构与过滤效率之间的关系，开发有针对性的新型电磁分离器。,2.,电磁能是一种洁净的能源,无需接触金属液而产生电磁力，加快杂质与金属液的分离速度，降低金属制备能耗。,3.,电磁场一般与金属液无直接接触无需引入电极，避免了其他净化方法对金属液的污染。在提高金属质量的同时，既可以保护环境又可以降低设备投资的成本。,4.,电磁净化技术在分离微小夹杂物方面有着重要的作用，这不仅提高金属材料性能和产品合格率，更 为发展我国高质量金属材料提供了关键性基础技术。,小结,电磁净化技术具有设备简单，使用方便，避免带 来二次污染，净化效果好，能分离小尺寸夹杂等一系 列优点，适应于制备各种高纯金属，显著降低金属内 部缺陷，提高金属材料表面质量跟尺寸精度，充分利 用我国丰富的自然资源，节约稀少的自然资源。因 此，金属电磁净化技术在我国金属材料行业中有很 广阔的应用前景与推广价值。,五、大地电磁法,利用天然电磁场的平面电磁波垂直入射地下时，不同频率的电磁波具有不同的穿透深度,(,频率越低，周期越长，穿透越深,),的原理，通过选频手段，探测不同深度的地质结构。,大陆内部地块边界、深大断裂带、古缝合带往往容易受水、松散沉积物充填，导致自身电阻率的显著降 低，而大地电磁测深的特点之一就是对低阻体敏感，因 此该方法对揭示断裂带结构及延伸状态具有重要的指示意义。大地电磁法一般可用来进行电性分层，查明深大断层及深部地质构造。目前已广泛应用于 油气田、煤田、地热田等工程领域的勘探和地震监 测。,案例研究概述,在山西运城地区开展,AMT,天然场音频大地电磁法勘探，目的是查明中条山隧道土石界面及第三系碎石土,(,砾岩,),情况，及中条山北麓断层的位置、走向等。,大地电磁测深具有轻便、高效、价廉、能克服高阻 屏蔽、勘探深度大,(,几米 几十千米,),，受场地限制小、应用范围广等优点。天然源大地电磁法与传统物探方法相比，具有不受地形限制、生产效率高、勘探深度大的优点，在本次中条山隧道及断层勘探过程中，推断出异常及不良地质体，满足了地质任务要求并查明了隧道进口地质断层的情况，对铁路工程地质勘探具有一定的指导意义。,总结,我国对于电磁技术的研究程度仍存在一定的空间，该技术在应用中仍然存在着巨大的潜力。也就意味着需要更多地科研人员 为此奉献出自己的力量，科技永远是第一生产力。电磁技术如今在在各个领域中的应用都是十分的广泛，因为其技术自身的优越特点也被越来越多的技术人员所青睐，并延伸到自身的工作中去。我们不能停止前行的脚步，需要不断的对该内容进行更新、发展和推广。,参考文献,【1】,电磁技术在金属材料科学与工程中的应用*李桂荣,曹健峰,王宏明,夏小江,戴起勋,赵玉涛,(,江苏大学材料科学与工程学院,镇江,212013),【2】,电磁技术在金属材料科学与工程中的应用 李 莹 长春建筑学院 吉林长春,130607,【3】,电磁感应加热技术在塑料加工工业的应用 王光才,(,洛阳金达石化股份有限公司,河南 洛阳,471012),【4】,大地电磁法探测中条山隧道及断层的结构特征 唐海敏,1,张吉振,1,王 银,1,陈 亮,1,董 威,2(1,铁道第三勘察设计院集团有限公司，天津,300251;2,武汉市政工程设计研究院有限 责任公司，武汉,430023),【5】,金属电磁净化技术的发展与应用 刘洪昌，李秋书，张 炎，郭 璐（太原科技大学 材料学院，山西 太原,030024,）,