物理學(xué)原理在工程中的應(yīng)用

1、物理學(xué)原理在工程技物理學(xué)原理在工程技術(shù)中的應(yīng)用術(shù)中的應(yīng)用 班級：14090742 學(xué)號：1409074201 姓名：張三電磁技術(shù)在化學(xué)與工程技術(shù)中的應(yīng)用電磁技術(shù)在化學(xué)與工程技術(shù)中的應(yīng)用 電磁是丹麥科學(xué)家奧斯特發(fā)現(xiàn)的。電磁現(xiàn)象產(chǎn)生的原因在 于電荷運(yùn)動產(chǎn)生波動，形成磁場，因此所有的電磁現(xiàn)象都離不開磁場。麥克斯韋關(guān)于變化電場產(chǎn)生磁場的假設(shè)，奠定了電磁學(xué)的 整個理論體系，從而深刻地影響著人們認(rèn)識物質(zhì)世界的思想。 電磁技術(shù)是一門應(yīng)用廣泛、覆蓋面廣的綜合性技術(shù) , 廣泛存在于物質(zhì)世界。 進(jìn)入20世紀(jì)后, 隨著各個學(xué)科的發(fā)展,電磁技術(shù)與各相關(guān)學(xué)科相互交叉滲透, 目前已經(jīng)應(yīng)用到節(jié)能、環(huán)保、機(jī)械、醫(yī)學(xué)、農(nóng)業(yè)、生

2、物、國防等領(lǐng)域。 傳統(tǒng)的磁學(xué)已經(jīng)發(fā)展成基礎(chǔ)磁學(xué)、材料磁學(xué)、應(yīng)用磁學(xué)和邊緣磁學(xué)等多個分支。 電磁技術(shù)在新型材料制備方面的應(yīng)用起步較晚, 但發(fā)展迅速, 其應(yīng)用范圍仍在不斷擴(kuò)大, 目前已經(jīng)形成多學(xué)科交融、工藝手段多樣且應(yīng)用靈活廣泛的研究領(lǐng)域。電磁技術(shù)的應(yīng)用形式電磁技術(shù)的應(yīng)用形式 按照電磁場生成方式的不同和使用形式的差異, 將電磁場 在材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用形式分為:電磁攪拌、電磁鑄造、電磁制動、電磁凈化、電磁感應(yīng)加熱、電磁懸浮和強(qiáng)磁場技術(shù)等。一、電磁攪拌一、電磁攪拌 電磁攪拌是指利用電磁感應(yīng)產(chǎn)生的作用力來推動液態(tài)金屬 有規(guī)律運(yùn)動的過程。 就交流感應(yīng)而言, 其原理同異步電機(jī)相似, 由多相(兩相或三相)

3、線圈繞組產(chǎn)生行波磁場或旋轉(zhuǎn)磁場, 在導(dǎo) 電的液態(tài)金屬中產(chǎn)生感應(yīng)電流, 感應(yīng)電流與磁場作用產(chǎn)生電磁 力, 對液態(tài)金屬起攪拌作用。 電磁攪拌的實質(zhì)就是在電磁力的作用下加速鑄坯內(nèi)液態(tài)金屬的運(yùn)動, 從而改善液態(tài)金屬凝固過程中的流動、傳熱和遷移過程, 達(dá)到改善鑄坯質(zhì)量的目的。 在金屬凝固過程施加電磁攪拌, 能有效改善凝固組織、增加等軸晶率、減少非金屬夾雜物、減輕偏析等缺陷。 結(jié)晶器電磁攪拌可有效改善連鑄坯的中心縮孔, 在高過熱度澆鑄條件下(大于 35)改善縮孔的效果明顯。 結(jié)晶器電磁攪拌能有效改善高碳鋼的中心偏析, 降低 鑄坯中全氧, 并能有效去除鋼水中的氧化物夾雜。二、電磁鑄造二、電磁鑄造 20 世紀(jì)

4、 60 年代, 前蘇聯(lián)學(xué)者 Ge tselev 發(fā)明了電磁鑄造技術(shù), 它是一種無模半連續(xù)鑄造技術(shù), 用單匝水冷銅線圈電磁感應(yīng)器替代普容連鑄中的結(jié)晶器, 是利用電磁力支撐和約束液體金屬立柱成型的新型連續(xù)鑄造工藝。 當(dāng)感應(yīng)器中通入交變電流時, 產(chǎn)生交變電磁場, 磁場作用于液體金屬形成與方向相反的感應(yīng)電流, 磁場與感應(yīng)電流交互作用產(chǎn)生指向線圈中心方向的電磁力。 液態(tài)金屬在這種電磁力支撐下以感應(yīng)器內(nèi)腔形狀為基礎(chǔ)成型, 同時鑄機(jī)帶動鑄錠下移, 液面上方不斷供給金屬液, 感應(yīng)器下端的冷卻水噴向鑄錠,使金屬液冷卻成型。 為了保證澆注液面平穩(wěn), 在忽略熔體表面張力時, 熔體上的靜壓力應(yīng)該與電磁壓力相等, 并引

5、入內(nèi)部通水冷卻的不銹鋼屏蔽罩屏蔽部分電磁力, 以保證液柱側(cè)面呈垂直狀態(tài), 此外, 它還有抑制溶液過度攪拌的作用。在電磁鑄造過程中，液態(tài)金屬和感應(yīng)器不接觸, 在自由表面的狀態(tài)下成型, 并伴生電磁攪拌作用, 因此, 電磁鑄造比其普通鑄造具有更加優(yōu)良的鑄錠表面 質(zhì)量和組織性能等。三、電磁感應(yīng)加熱三、電磁感應(yīng)加熱 電磁感應(yīng)加熱是指應(yīng)用電磁場來加熱金屬的技術(shù), 其原理是根據(jù)法拉第電磁感應(yīng)定律和焦耳-楞茨定律。 當(dāng)銅制線圈內(nèi)通入一定頻率的交流電后, 電流在其周圍空間和導(dǎo)體內(nèi)部激發(fā)出交變磁場, 處于線圈內(nèi)部的金屬爐料內(nèi)會產(chǎn)生感應(yīng)電動勢和感應(yīng)電流, 因電流熱效應(yīng)使得金屬發(fā)熱熔化。 用于感應(yīng)加熱的電流頻率在 5

6、0H z 10M Hz 范圍, 選擇依據(jù)是加熱效率和溫度分布。 案例研究概述 洛陽金達(dá)石化股份有限公司位于河南省洛陽市吉利區(qū), 公司成立于1984 年, 現(xiàn)已發(fā)展成為涉綜合性經(jīng)濟(jì)實體，是生產(chǎn)塑料編織袋、塑料制品的專業(yè)廠家。大功率塑料加工電磁感應(yīng)加熱節(jié)能系統(tǒng),是將電磁感應(yīng)加熱原理應(yīng)用于塑料、橡膠等行業(yè)的節(jié)能系統(tǒng), 替代塑料、橡膠等行業(yè)中電阻絲加熱工藝的節(jié)能系統(tǒng)。 系統(tǒng)采用磁場感應(yīng)產(chǎn)生渦流加熱原理, 利用高頻交變電流通過線圈產(chǎn)生交變磁場, 當(dāng)交變磁場內(nèi)的磁力線通過被加熱的金屬材料時, 就會在被加熱的金屬材料表面產(chǎn)生無數(shù)的小渦流, 使被加熱的金屬材料本身自行高速發(fā)熱。由于感應(yīng)線圈與被加熱金屬并不直接

7、接觸, 能量通過電磁感應(yīng)進(jìn)行傳遞。與電阻絲加熱方式相比減少了熱傳導(dǎo)和空氣熱對流的損耗, 熱效率很高。四、電磁凈化四、電磁凈化 20 世紀(jì) 80 年代人們開始研究液態(tài)金屬電磁凈化, 它是借助于電磁力加速液態(tài)金屬中非金屬夾雜物的分離。將充滿熔融金屬的陶瓷管置于變化的磁場中, 會在金屬中感生出頻率和交變磁場一致的渦流, 渦流與感生磁場相互作用產(chǎn)生指向軸心的電磁力。 非金屬夾雜物的導(dǎo)電率比金屬液小得多, 雜質(zhì)中的流密度非常小, 所受到的電磁力遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于金屬液本身, 夾雜物會 受到相反方向的體積力的作用, 也稱為電磁擠壓力, 并逆向電磁力方向遷移, 最后附著在管壁上而除去。 當(dāng)前我國電磁凈化技術(shù)的發(fā)展方向

8、主要有四個方面。 1.研究電磁過濾器的結(jié)構(gòu)與過濾效率之間的關(guān)系，開發(fā)有針對性的新型電磁分離器。 2.電磁能是一種潔凈的能源,無需接觸金屬液而產(chǎn)生電磁力，加快雜質(zhì)與金屬液的分離速度，降低金屬制備能耗。 3.電磁場一般與金屬液無直接接觸無需引入電極，避免了其他凈化方法對金屬液的污染。在提高金屬質(zhì)量的同時，既可以保護(hù)環(huán)境又可以降低設(shè)備投資的成本。 4. 電磁凈化技術(shù)在分離微小夾雜物方面有著重要的作用，這不僅提高金屬材料性能和產(chǎn)品合格率，更 為發(fā)展我國高質(zhì)量金屬材料提供了關(guān)鍵性基礎(chǔ)技術(shù)。 小結(jié) 電磁凈化技術(shù)具有設(shè)備簡單，使用方便，避免帶 來二次污染，凈化效果好，能分離小尺寸夾雜等一系 列優(yōu)點，適應(yīng)于制

9、備各種高純金屬，顯著降低金屬內(nèi) 部缺陷，提高金屬材料表面質(zhì)量跟尺寸精度，充分利 用我國豐富的自然資源，節(jié)約稀少的自然資源。因 此，金屬電磁凈化技術(shù)在我國金屬材料行業(yè)中有很 廣闊的應(yīng)用前景與推廣價值。五、大地電磁法五、大地電磁法 利用天然電磁場的平面電磁波垂直入射地下時，不同頻率的電磁波具有不同的穿透深度( 頻率越低，周期越長，穿透越深) 的原理，通過選頻手段，探測不同深度的地質(zhì)結(jié)構(gòu)。 大陸內(nèi)部地塊邊界、深大斷裂帶、古縫合帶往往容易受水、松散沉積物充填，導(dǎo)致自身電阻率的顯著降 低，而大地電磁測深的特點之一就是對低阻體敏感，因 此該方法對揭示斷裂帶結(jié)構(gòu)及延伸狀態(tài)具有重要的指示意義。大地電磁法一般可

10、用來進(jìn)行電性分層，查明深大斷層及深部地質(zhì)構(gòu)造。目前已廣泛應(yīng)用于 油氣田、煤田、地?zé)崽锏裙こ填I(lǐng)域的勘探和地震監(jiān) 測。 案例研究概述 在山西運(yùn)城地區(qū)開展 AMT 天然場音頻大地電磁法勘探，目的是查明中條山隧道土石界面及第三系碎石土(礫巖)情況，及中條山北麓斷層的位置、走向等。 大地電磁測深具有輕便、高效、價廉、能克服高阻 屏蔽、勘探深度大( 幾米 幾十千米)，受場地限制小、應(yīng)用范圍廣等優(yōu)點。天然源大地電磁法與傳統(tǒng)物探方法相比，具有不受地形限制、生產(chǎn)效率高、勘探深度大的優(yōu)點，在本次中條山隧道及斷層勘探過程中，推斷出異常及不良地質(zhì)體，滿足了地質(zhì)任務(wù)要求并查明了隧道進(jìn)口地質(zhì)斷層的情況，對鐵路工程地質(zhì)勘探

11、具有一定的指導(dǎo)意義?？偨Y(jié)總結(jié) 我國對于電磁技術(shù)的研究程度仍存在一定的空間，該技術(shù)在應(yīng)用中仍然存在著巨大的潛力。也就意味著需要更多地科研人員 為此奉獻(xiàn)出自己的力量，科技永遠(yuǎn)是第一生產(chǎn)力。電磁技術(shù)如今在在各個領(lǐng)域中的應(yīng)用都是十分的廣泛，因為其技術(shù)自身的優(yōu)越特點也被越來越多的技術(shù)人員所青睞，并延伸到自身的工作中去。我們不能停止前行的腳步，需要不斷的對該內(nèi)容進(jìn)行更新、發(fā)展和推廣。參考文獻(xiàn)【1】電磁技術(shù)在金屬材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用* 李桂榮 , 曹健峰 , 王宏明 , 夏小江 , 戴起勛 , 趙玉濤 (江蘇大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院, 鎮(zhèn)江 212013)【2】電磁技術(shù)在金屬材料科學(xué)與工程中的應(yīng)用 李 瑩 長春建筑學(xué)院 吉林長春 130607【3】電磁感應(yīng)加熱技術(shù)在塑料加工工業(yè)的應(yīng)用 王光才 ( 洛陽金達(dá)石化股份有限公司, 河南 洛陽 471012)【