物理学原理在工程中的应用

1、物理学原理在工程技物理学原理在工程技术中的应用术中的应用 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

2、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)

3、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、电磁铸造二、电磁铸造 20 世纪

4、 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

5、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 5

6、0H 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

7、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

8、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

9、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

10、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

11、具有一定的指导意义。总结总结 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)【