一种非接触式流动和传热控制装置制造方法及图纸

本实用新型专利技术涉及一种非接触式流动和传热控制装置，包括若干组永磁铁组，所述永磁铁组包括南极磁铁和北极磁铁，所述南极磁铁和北极磁铁对称分布于流体区域的两侧，使得流体区域内部充满磁场，所述南极磁铁和北极磁铁之间的距离大于或等于1.5倍流体宽度且小于或等于3倍流体宽度。本实用新型专利技术不仅具有无流动死区、系统简易、实施和拆卸方便、成本低等特点，而且可以用于高腐蚀性、局部高热流密度流体等场合。

【技术实现步骤摘要】
一种非接触式流动和传热控制装置
本技术属于流体流动和传热控制
，特别是涉及一种非接触式流动和传热控制装置。
技术介绍
由非平衡温度梯度驱动的热毛细对流存在于很多许多工程应用领域及空间微重力环境，如晶体生长、金属铸造、冶金、镀膜等过程。在这些过程中产生的热毛细对流会诱导流动的失稳，将会改变流体区域温度场和浓度场分布，从而影响生长界面的推移和掺杂物在流体区域的均匀分布，即宏观偏析；当流体出现非稳态对流时，将引流体区域中化学成分的变化，导致晶体条纹的出现，即微观偏析。微观偏析导致晶体、铸造件及镀膜性能的不均匀，并产生位错和应力的不均匀，甚至严重影响这些产品的性能。晶体生长、金属铸造、冶金、镀膜等过程是从熔融状态逐渐转变成固态一种动态变化过程，传统的流动和传热控制方法在这个过程中很难实现，从而这些生产过程难免会出现裂纹、气泡、组分不均匀等特征，导致生产产品如单晶硅，铸造件等无法满足要求。磁流体动力学是研究流体力学和电磁学的一门交叉学科。当导电流体在磁场中运动时，导电流体和外部磁场相互作用将产生诱导电流，而诱导电流又与外部磁场作用产生与流体运动方向相反的洛伦兹力，从而抑制流体的流动及其不稳定性的产生，流体内不均匀对流涡的逐渐被抑制，内部温度场区域均匀。可以通过对晶体生长、金属铸造、冶金、镀膜等过程施加外部磁场，来实现对表面张力流的控制，从而避免出现生长过程中的裂纹等瑕疵的出现。因此，如何解决上述工业生产过程出现裂纹的现象及如何通过磁场来实现这个过程中的流体的流动和传热控制成为本领域人员研究的重点。
技术实现思路
本技术的目的就是提供一种非接触式流动和传热控制装置，能完全解决上述现有技术的不足之处。本技术的目的通过下述技术方案来实现：一种非接触式流动和传热控制装置，包括若干组永磁铁组，所述永磁铁组包括南极磁铁和北极磁铁，所述南极磁铁和北极磁铁对称分布于流体区域的两侧，使得流体区域内部充满磁场，所述南极磁铁和北极磁铁之间的距离大于或等于1.5倍流体宽度且小于或等于3倍流体宽度。作为优选，所述南极磁铁和北极磁铁中点之间的连线与流体流动方向相垂直。作为优选，所述南极磁铁和北极磁铁的空间位置关于流体区域对称布置。作为优选，所述南极磁铁和北极磁铁形状、大小均相同。作为优选，所述南极磁铁和北极磁铁的形状为长方体、圆柱体或球体。与现有技术相比，本技术的有益效果在于：本技术由于采用永磁铁组提供外部磁场，当导电流体通过该磁场区域时产生与流动方向相反的洛伦兹力，产生的洛伦兹力的耗散作用使得流体流动逐渐被抑制，防止流体出现流动失稳而出现的对流的不稳定性波动,避免流体传热的不均匀性，从而实现对流体非接触式的流动和传热控制的目的。因此，其利用外部永磁铁提供的磁场来替代机械方法对流体流动和传热的控制，同时磁铁可位于流体区域外侧实现与流体的非接触，因而其不仅具有无流动死区、系统简易、实施和拆卸方便、成本低等特点，而且具有在高腐蚀性、局部高热流密度流体等场合适用显著优点。附图说明图1是本技术的非接触式流动和传热控制结构原料图；图2是流体区域竖直切面上流场分布图；图3是流体区域水平切面上流场分布图。具体实施方式下面结合具体实施例和附图对本技术作进一步的说明。实施例一如图1至图3所示，本技术提供了一种非接触式流动和传热控制装置，包括若干组永磁铁组1，永磁铁组1包括南极磁铁和北极磁铁，南极磁铁和北极磁铁对称分布于流体区域的两侧，使得流体区域内部充满磁场，磁场的磁场强度为0.5T，南极磁铁和北极磁铁之间的距离大于或等于1.5倍流体宽度且小于或等于3倍流体宽度，南极磁铁和北极磁铁中点之间的连线与流体区域流动方向相垂直，南极磁铁和北极磁铁的空间位置关于流体区域对称布置，南极磁铁和北极磁铁形状、大小、磁场强度均相同，南极磁铁和北极磁铁的形状为长方体、圆柱体或球体。本实施例中的非接触式的流动和传热控制的装置，其形状需要根据流体控制区域而定，而流体区域根据生产的不同，又包括晶体生长过程中的熔融区、金属铸造、冶金的熔融区、镀膜的流体区域等，永磁铁组1即对称分布在这些区域。在晶体生长、金属铸造、冶金、镀膜等过程，当流体区域6壁面存在温差时，流体下壁面形成高温壁面4，流体上壁面形成低温壁面3，交界面上将产生表面张力梯度，从而驱动交界面处流体从热端流向冷端，并在流体区域中形成自冷端流向热端的回流。热毛细对流形成的对流涡2占据整个流体空间，在左半区呈顺时针循环而右半区呈逆时针循环；流体区域6竖直切面流线在冷、热两端处凸出而中间凹陷，形成一种典型的“瓶颈”状分布，如图2所示，热毛细对流形成的对流涡出现分离—合并，到再分离—再合并的周期性变化现象；流体区域水平切面内形成“花瓣状”对流涡(热流体波)，如图3所示，随着温差的增加，对流涡数逐渐增加，且热毛细对流出现严重失稳现象，整个流场区域内流动和传热出现紊乱，波动较强，对流不均匀性加剧。如图1所示，工作时，将本装置的永磁铁组1对称分布于流体区域，当对流体区域施加外部在磁场5时，导电流体在磁场5中运动会产生感应电流，而感应电流与磁场5的相互作用会产生和流体运动相反的洛仑兹力，因而，外部磁场5可以通过洛仑兹力的耗散作用来实现对流体流动的非接触性控制，但洛仑兹力会随着流体流动速度的减小而减小，所以要达到抑制流体流动的效果一般需要较大的磁场。在这些应用过程中，磁场产生的洛仑兹力是类似于重力的体积力，可以有效减弱流体的流动，避免了流动的不稳定性发生，从而流动的紊乱现象得到改善；在磁场抑制方面，它的强度可以通过外部控制，当磁场强度逐渐增加时，对流不稳定抑制作用逐渐增强，对流涡数量逐渐减少直至消失，表现为纵切面流场趋于均匀化，横切面“花瓣状”热流体波数减小直至消失，流体区域温度场趋于均匀，整个流体区域内流体流动和传热被主动控制，因而本装置不仅具有无流动死区、系统简易、实施和拆卸方便、成本低等特点，而且具有在高腐蚀性、局部高热流密度流体等场合适用显著优点。这种非接触的传热和流动控制方法在如晶体生长、金属铸造、冶金等领域具有重大意义。本实施例中产生外部磁场的永磁铁组1安置在流体控制区域两侧，可以根据需要改变磁铁形状。本实施例中的外部永磁铁组1可以根据需要增加或者减小磁铁组数目。实施例二如图1至图3所示，本技术提供了一种非接触式流动和传热控制装置，包括若干组永磁铁组1，永磁铁组1包括南极磁铁和北极磁铁，南极磁铁和北极磁铁对称分布于流体区域的两侧，使得流体区域内部充满磁场，磁场的磁场强度为2T，南极磁铁和北极磁铁之间的距离等于2倍流体宽度，南极磁铁和北极磁铁中点之间的连线与流体区域流动方向相垂直，南极磁铁和北极磁铁的空间位置关于流体区域对称布置，南极磁铁和北极磁铁形状、大小、磁场强度均相同，南极磁铁和北极磁铁的形状为长方体、圆柱体或球体。实施例三如图1至图3所示，本技术提供了一种非接触式流动和传热控制装置，包括若干组永磁铁组1，永磁铁组1包括南极磁铁和北极磁铁，南极磁铁和北极磁铁对称分布于流体区域的两侧，使得流体区域内部充满磁场，磁场的磁场强度为5T，南极磁铁和北极磁铁之间的距离等于3倍流体宽度，南极磁铁和北极磁铁中点之间的连线与流体区域流动方向相垂直，南极磁铁和北极磁铁的空间位置关于流体区本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种非接触式流动和传热控制装置，其特征在于：包括若干组永磁铁组，所述永磁铁组包括南极磁铁和北极磁铁，所述南极磁铁和北极磁铁对称分布于流体区域的两侧，使得流体区域内部充满磁场，所述南极磁铁和北极磁铁之间的距离大于或等于1.5倍流体宽度且小于或等于3倍流体宽度。

【技术特征摘要】
1.一种非接触式流动和传热控制装置，其特征在于：包括若干组永磁铁组，所述永磁铁组包括南极磁铁和北极磁铁，所述南极磁铁和北极磁铁对称分布于流体区域的两侧，使得流体区域内部充满磁场，所述南极磁铁和北极磁铁之间的距离大于或等于1.5倍流体宽度且小于或等于3倍流体宽度。2.根据权利要求1所述的一种非接触式流动和传热控制装置，其特征在于：所述南极磁铁和北极磁铁中点之间的连线与...

【专利技术属性】
技术研发人员：包晓刚，章骞，杨斌，陈智，姜汉，
申请(专利权)人：合肥锐联传热技术有限公司，
类型：新型
国别省市：安徽,34