颗粒增强金属基复合材料因具有高耐磨性、高弹性模量、高刚度、高耐热性等优点，已在航空、航天、汽车等领域得到了广泛的应用。目前，颗粒增强金属基复合材料的低成本工业生产主要采用机械搅拌铸造法，然而这一接触式搅拌方法导致了搅拌时易带入杂质、存在搅拌盲区、搅拌桨损耗大等系列问题。电磁搅拌器因其非接触式搅拌、可控性好等优势引起了广泛的关注，但现有的电磁搅拌器以旋转磁场式为主，也存在搅拌形式单一、搅拌流场紊乱度低和结构较复杂等不足。为解决上述问题，本文提出和设计了全新的轴向电磁搅拌器，通过数值模拟和实验验证的方法对不同电磁搅拌器的特性进行了对比分析，并研究了轴向电磁搅拌器参数对流场形式、搅拌模式对增强颗粒分布特征的影响规律，相关研究对于拓展电磁搅拌技术在颗粒增强金属基复合材料生产中的应用具有一定意义。
　　本文首先分析了颗粒增强金属基复合材料搅拌过程中涉及的电磁场、流场和固-液两相场等相关理论模型，并介绍了基于COMSOLMultiphysics有限元仿真软件的数值建模和实现过程。
　　在此基础上，根据电磁细晶铸造技术和低频电磁铸造技术的优势，提出了一种新型的轴向电磁搅拌器设计方案，搅拌力以轴向电磁力为主，通过数值模拟的方法对比分析了旋转磁场搅拌器和轴向电磁搅拌器的电磁场特点及搅拌特性。结果表明，比起旋转磁场搅拌器，轴向电磁搅拌下金属液流场的紊乱度更高，且没有明显的搅拌盲区，使得增强颗粒在金属基体中的分布更为均匀。
　　基于这一轴向电磁搅拌器方案，研究了电流强度、电流频率和控制环位置对搅拌的影响。结果表明，电流强度和电流频率主要影响金属液的流速，电流强度与流速成正比，电流频率与流速成非线性关系。当基体金属为铝时，最佳搅拌频率为70Hz，而控制环的位置主要影响金属液的流场形式，控制环在不同高度上时可产生五种搅拌模式。
　　同时，针对增强颗粒金属基复合材料的搅拌需求，本文从基体金属和增强颗粒的物性参数两方面进行研究。在基体金属方面，建立了基体金属电导率、密度、搅拌参数与搅拌强度之间的耦合关系，可根据搅拌需求方便地完成搅拌参数的选取；在增强颗粒方面，研究了不同密度的增强颗粒在不同搅拌模式下的分布状况，结果表明，通过选取合适的搅拌模式，可使得不同密度的增强颗粒在金属基体内均匀分布。
　　最后，利用自行搭建的旋转磁场搅拌器和无控制环的轴向电磁搅拌器装置，实验研究了两种搅拌器的搅拌特性，并将实验测得的磁场与数值模拟结果进行了对比。结果表明，本文建立的数值模型具有较高的准确性，实验观测到的流场特征与仿真基本一致，证明了轴向电磁搅拌器在颗粒增强金属基复合材料铸造中应用的可行性。