随着电磁场和电磁流体力学理论在材料科学中得日益广泛的应用,在材料制备过程中越来越多的利用各种形式的电磁场来改善产品的质量。例如,将电磁技术应用于一些金属的连铸工艺中所形成的电磁铸造技术就是电磁场在材料加工中应用的典型例子。 电磁场理论应用于材料加工过程的核心,是电磁力对液态金属的作用。因此,对电磁力形态及其导致液态金属流动形态的研究成为材料电磁过程的重要内容。 本文基于 Maxwell 电磁场理论,采用理论分析与数值模拟相结合的方法,针对单极对和双极对电磁场装置,对常见的旋转电磁场进行了分析计算,研究了电磁场结构、电流、频率等对磁场强度分布的影响。 主要工作包括以下几个方面: (1)对不同输入电流情况下,金属熔体中的磁场和洛仑兹力进行理论分析及数值模拟,获得相关的理论和数值结果。 (2)对两种电磁场装置进行磁场、电磁力分析,得知两极对电磁场装置的作用效果优于单极对装置。因此,在应用该种电磁场时,应选用两极对电磁场装置。 (3)对电磁铸造过程温度场进行了理论推导及数值分析。结果表明:由于传热传质作用,施加电磁场可以降低铸件中的温度梯度,使凝固在较短时间内完成,减少了铸件内部缩松缩孔的情况。 (4)通过实验观察,电磁力对金属凝固组织及对金属铸锭表面形态所产生的影响,在不同的作用条件下其效果具有明显差别。