模式螺旋磁场驱动金属液流动的研究

王松伟^1,2，王晓东²，倪明玖³，张新德^1,2，王增辉³，那贤昭¹

1. 钢铁研究总院先进钢铁流程及材料国家重点实验室2. 中国科学院大学材料科学与光电技术学院3. 中国科学院大学物理学院

摘 要：研究了永磁体螺旋磁场作旋转运动,驱动金属液所产生的三维流动行为.采用超声波Doppler测速仪,对金属液的流速进行了定量测量分析.通过周期性改变螺旋磁场的旋转方向,完全实现了频域模式变化的螺旋磁场.研究了不同模式参数下,金属液在圆柱形容器内周向和轴向流动速度的变化情况.结果表明:本实验条件下金属液的周向流动,随着磁场的周期性换向也出现周期性的往返流动,周向流速的幅值在模式周期T_m大于40s后达饱和.轴向流动是螺旋磁场的移动分量引发的轴向环流和旋转分量驱动的二次流共同作用的结果.模式磁场作用下轴向流动存在最佳模式周期T_m~*.当模式周期小于T_m~*时,轴向流动出现了周期性的往返流;大于T_m~*时,二次流开始形成并逐渐成为主要的流动形态.

关键词：金属液;永磁体;螺旋磁场;速度场;螺旋流;