旋轉(zhuǎn)式機(jī)電熱換能器及其對(duì)水媒質(zhì)磁化作用的研究.pdf

1、旋轉(zhuǎn)式機(jī)電熱換能器，是一種新型電磁加熱裝置。它將機(jī)、電、熱系統(tǒng)和以水為媒質(zhì)的熱交換系統(tǒng)有機(jī)地組合在一起，利用磁滯、渦流和二次感應(yīng)電流綜合加熱。其與電動(dòng)機(jī)、風(fēng)機(jī)、水輪機(jī)等動(dòng)力機(jī)械裝置配套使用，能實(shí)現(xiàn)電能、風(fēng)能、水能等多種清潔能源的綜合利用。除輸出熱能外，換能器中的旋轉(zhuǎn)電磁場(chǎng)還會(huì)對(duì)水媒質(zhì)產(chǎn)生磁化作用，將其軟化，達(dá)到除垢和抑垢的效果。對(duì)換能器熱功率和換熱的計(jì)算方法和變化規(guī)律、旋轉(zhuǎn)電磁效應(yīng)對(duì)水媒質(zhì)的磁化作用機(jī)理等進(jìn)行研究，將深入揭示其工作機(jī)理，

2、形成工程計(jì)算方法，為換能器的廣泛應(yīng)用奠定基礎(chǔ)。本文從傳統(tǒng)電機(jī)損耗與溫升反問題角度出發(fā)，對(duì)旋轉(zhuǎn)式機(jī)電熱換能器進(jìn)行了理論分析和實(shí)驗(yàn)研究，主要研究內(nèi)容如下：
　　首先，建立換能器的三維電磁場(chǎng)方程組，結(jié)合物理意義給出其邊界條件，運(yùn)用分離變量法得到方程的解析解。在方程解析解的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出換能器端部系數(shù)的計(jì)算式，在此基礎(chǔ)上改進(jìn)了基于二維有限元法的熱功率算法。優(yōu)化了熱功率的實(shí)驗(yàn)方法，以一臺(tái)樣機(jī)為例驗(yàn)證改進(jìn)后熱功率算法的準(zhǔn)確性。這些研究將為換能

3、器熱功率的深入研究提供基礎(chǔ)。
　　其次，推導(dǎo)熱功率與極對(duì)數(shù)、氣隙長度、鐵心長度、定子內(nèi)徑等結(jié)構(gòu)參數(shù)的解析表達(dá)式，并分析這些結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)熱功率的影響。提出定子熱功率透入深度的概念，給出其具體計(jì)算公式，分析透入深度隨轉(zhuǎn)速的變化規(guī)律，并歸納出其在換能器熱功率設(shè)計(jì)中的作用。而后利用改進(jìn)的熱功率算法和透入深度的概念，分析不同轉(zhuǎn)速時(shí)，閉口槽、開口槽、半開口槽和銅套四種不同定子結(jié)構(gòu)的換能器熱功率密度的變化規(guī)律。計(jì)算不同定子結(jié)構(gòu)時(shí)，熱功率在定子側(cè)和

4、轉(zhuǎn)子側(cè)的分布情況。實(shí)際研制了兩臺(tái)不同定子結(jié)構(gòu)的樣機(jī)，對(duì)其熱功率進(jìn)行測(cè)試，并與原有樣機(jī)進(jìn)行比較，驗(yàn)證理論分析的正確性。
　　再次，建立換能器二維換熱模型，提出熱功率-換熱耦合算法，利用此算法分析換熱過程。提出功率調(diào)整率的指標(biāo)來評(píng)價(jià)換能器的換熱性能，并分析了實(shí)際熱功率和水流溫升特性。針對(duì)原有換熱結(jié)構(gòu)的弊端，提出一種新的換熱結(jié)構(gòu)，實(shí)際分析了氣隙長度、鐵心長度、透入深度、轉(zhuǎn)子側(cè)熱功率等因素對(duì)功率調(diào)整率的影響。研制了換熱測(cè)試平臺(tái)，進(jìn)行了相關(guān)

5、換熱測(cè)試。理論分析和實(shí)驗(yàn)結(jié)果證明該換熱結(jié)構(gòu)與原有結(jié)構(gòu)相比，換熱性能大為提高。
　　實(shí)驗(yàn)研究結(jié)果表明，換能器內(nèi)部的旋轉(zhuǎn)電磁場(chǎng)使水媒質(zhì)的物理化學(xué)特性發(fā)生變化。為揭示其變化規(guī)律和機(jī)理，本文進(jìn)行了相關(guān)理論和實(shí)驗(yàn)研究。用分子動(dòng)力模擬的方法計(jì)算了磁場(chǎng)作用下水分子間氫鍵的變化情況。而后設(shè)計(jì)磁場(chǎng)發(fā)生裝置，分別用恒定磁場(chǎng)和交變磁場(chǎng)處理不同濃度的NaCl溶液，測(cè)試其電導(dǎo)率的變化規(guī)律，并結(jié)合實(shí)驗(yàn)結(jié)果探討磁場(chǎng)對(duì)電解質(zhì)溶液電導(dǎo)率作用的機(jī)理。用一定濃度的Ca