摘要：采用密繞導(dǎo)線的通電螺線管作為電磁轉(zhuǎn)換裝置，通過(guò)電磁能量轉(zhuǎn)化，在管道內(nèi)腔產(chǎn)生高頻的掃頻磁場(chǎng)作用于流經(jīng)管道的水溶液，然而水溶液阻垢除垢的處理效果與磁場(chǎng)分布有關(guān)。利用ANSYS Electronics有限元磁場(chǎng)分析軟件對(duì)電磁場(chǎng)除垢裝置內(nèi)部的磁場(chǎng)分布進(jìn)行建模仿真，通過(guò)對(duì)不同管道材料的仿真，分析不同參數(shù)條件下對(duì)磁場(chǎng)強(qiáng)度以及磁力線分布的影響，。

關(guān)鍵詞：螺線管磁場(chǎng);磁場(chǎng)強(qiáng)度;仿真;磁力線;

中圖分類號(hào)：G4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：（2021）-09-71

0引言

電磁轉(zhuǎn)換裝置選用漆包線緊密纏繞在管道外壁的等效電感來(lái)做電磁場(chǎng)能量轉(zhuǎn)化的。逆變器輸出的高頻雙極性脈沖波經(jīng)過(guò)調(diào)制電阻輸入纏繞在管道外壁的電感線圈兩端，線圈上的三角波電流通過(guò)電磁能量轉(zhuǎn)化，在管道內(nèi)腔產(chǎn)生高頻電磁場(chǎng)能量。利用ANSYS磁場(chǎng)分析軟件，從電磁轉(zhuǎn)換裝置的管道材料參數(shù)對(duì)管道內(nèi)腔空間磁場(chǎng)強(qiáng)度的影響進(jìn)行仿真分析，優(yōu)選出本裝置最合適的管道材料[1]。

1 螺線管的材料及模型

本試驗(yàn)研究擬采用的PVC管作為螺線管的管體。PVC管化學(xué)名稱叫硬聚氯乙烯管，主要是由聚氯乙烯樹脂與穩(wěn)定劑以及潤(rùn)滑劑按一定配比通過(guò)熱壓成型[2]。PVC材質(zhì)具有很好的抗拉、抗壓強(qiáng)度;其管壁光滑、流體阻力小，比同等管徑的管道輸水能力增加20%;而且還有耐腐蝕、質(zhì)量輕等優(yōu)點(diǎn)。另外選擇了銅、不銹鋼及鐵三種材質(zhì)與PVC材質(zhì)進(jìn)行對(duì)比分析，如表1所示。通過(guò)不同材料管道空間磁場(chǎng)強(qiáng)度分布影響，來(lái)選擇合適的材料進(jìn)行實(shí)驗(yàn)。

試驗(yàn)使用的實(shí)際螺線管為直徑50mm、長(zhǎng)度100mm管道，導(dǎo)線直徑為3.75mm的100匝線圈。如圖1所示，利用ANSYS軟件對(duì)螺線管進(jìn)行基于MAXWELL 3D的建模[3]，該模型是對(duì)螺線管實(shí)物進(jìn)行搭建的螺線管模型。不同管材的螺線管在仿真試驗(yàn)時(shí)通過(guò)相同激勵(lì)電流，線圈施加的激勵(lì)電流為5A。

2 仿真試驗(yàn)分析

建立通電螺線管模型后設(shè)置好管道材料屬性、添加邊界條件、激勵(lì)電流源以及后處理對(duì)該螺線管進(jìn)行電磁場(chǎng)有限元分析，改變材料屬性重復(fù)上述電磁場(chǎng)分析。通過(guò)ANSYS仿真之后的PVC管、銅管、不銹鋼管、鐵管四種不同材料屬性的磁場(chǎng)強(qiáng)度分布以及磁力線分布如圖2所示。

由圖2-a和圖2-b可知，在相同條件下，對(duì)于相對(duì)磁導(dǎo)率都接近1的PVC管和銅管，PVC管道的內(nèi)腔磁通密度比銅管的磁通密度大，且磁力線分布數(shù)量也比銅管道內(nèi)的磁力線數(shù)量要多，則銅管內(nèi)的磁場(chǎng)強(qiáng)度相比于PVC管道的磁場(chǎng)強(qiáng)度較弱，說(shuō)明銅管對(duì)電磁場(chǎng)有一定的屏蔽作用。另外，由圖2-c和2-d可知，隨著相對(duì)磁導(dǎo)率的增大，管道內(nèi)腔的磁力線逐漸減少以及磁通密度也逐漸降低，若相對(duì)磁導(dǎo)率足夠大時(shí)，則管道會(huì)完全屏蔽線圈產(chǎn)生的感應(yīng)磁場(chǎng)。由于相對(duì)磁導(dǎo)率高的不銹鋼及鐵管具有很好的導(dǎo)電性，線圈產(chǎn)生的交變電場(chǎng)在管壁上形成環(huán)流，進(jìn)而通過(guò)環(huán)流在管道內(nèi)腔產(chǎn)生二次感應(yīng)電磁場(chǎng)作用于水溶液。由于管壁上的環(huán)流會(huì)發(fā)生渦流發(fā)熱導(dǎo)致二次感應(yīng)電磁場(chǎng)的能量很微弱，進(jìn)而在實(shí)驗(yàn)效果上也是微乎其微。綜上所述，為減少線圈產(chǎn)生的磁場(chǎng)能量的外部損耗，所以選擇相對(duì)磁導(dǎo)率為1的PVC管材作為電磁轉(zhuǎn)換裝置的管道。

參考文獻(xiàn)

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基金項(xiàng)目：滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院自然科學(xué)研究一般項(xiàng)目“掃頻電磁場(chǎng)發(fā)生裝置的研究”（YJY-2020-31）

作者簡(jiǎn)介：馮相永（1991-），男，安徽滁州人，碩士，助教，主要研究方向?yàn)殡娏﹄娮蛹案邏好}沖電源。

滁州職業(yè)技術(shù)學(xué)院 安徽 滁州 239000