实验7涡流效应的仿真研究实验方法及步骤1
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2022-08-03
13:08:12
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实验七 涡流效应的仿真研究
一、实验目的
（1）学习使用ANSYS Maxwell 2D/3D软件求解具有一定厚度的金属盘在磁场中的涡流。
（2）研究稳恒磁悬浮现象，分析铝盘受力大小与悬浮高度的关系。
二、原理与说明
由于电磁感应，当具有一定厚度的金属处在变化的磁场中，或相对于磁场运动时，金属体内
会感生出呈漩涡状流动的电流，简称涡流。
在通入交变电流的螺线管上方放置具有一定厚度的圆形金属盘，金属盘中就会产生涡流。此
涡流的大小可通过ANSYS Maxwell 2D/3D软件中的电流密度J来展现。
当通电螺线管线圈上方放置的是铝盘时，铝盘受到线圈对它向上的作用力，当该作用力大于
铝盘的重力时，铝盘会向上浮动。当线圈对铝盘的作用力与铝盘的重力在空中某一位置处达到动
态平衡，铝盘将悬浮在此处。铝盘受力大小可通过在ANSYS Maxwell 2D/3D软件中添加力（Force）
来实现。铝盘距离线圈的不同位置可通过添加参数分析实现。
三、实验任务
一螺线管线圈，高为 100mm，内径 50mm，外径 180mm，匝数为 330 匝，每匝线圈的
电流为 40A，在螺旋管线圈上方 3mm 处放置一块厚度为 3mm、直径为 180mm 的圆形铝盘、
铁盘或铜盘。
（a）螺线管线圈（b）铝盘（c）开槽铝盘
图3.2.5-1螺线管线圈及铝盘、开槽铝盘
（1）在ANSYS Maxwell 2D中，根据给定尺寸建立螺线管线圈上方放置一铝盘的模型，计算铝
盘轴对称截面的涡电流密度及铝盘的受力情况。
（2）采用参数扫描分析铝盘距离螺线管不同高度时的受力情况，并确定铝盘脱离线圈产生稳恒
磁悬浮的高度。
（3）将任务（1）中的铝盘换成大小相同的铁盘，计算铁盘轴对称截面的涡电流密度。
（4）在ANSYS Maxwell 3D中建立铝盘和螺线管的模型，计算铝盘的受力情况。
（4）将铝盘开4槽，计算铝盘的涡电流密度及受力情况，分析此时铝盘能否脱离线圈上浮。
四、仿真提示
1. Maxwell 2D模型仿真
铝盘与螺线管线圈的仿真模型如图3.2.5-2所示。
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