劉慧娟 易元元 張振洋 周佳明 王宇

摘 要：

環(huán)形線性感應(yīng)電磁泵（ALIP）是液態(tài)金屬反應(yīng)堆中泵送冷卻劑的關(guān)鍵驅(qū)動(dòng)設(shè)備。在電磁泵的設(shè)計(jì)和分析中，結(jié)構(gòu)參數(shù)是影響電磁泵輸出性能的重要因素。為了進(jìn)一步研究環(huán)形線性感應(yīng)電磁泵結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)參數(shù)對輸出性能的影響，首先利用有限元分析軟件建立考慮端部效應(yīng)和環(huán)形導(dǎo)電管道影響的環(huán)形線性感應(yīng)電磁泵仿真模型，然后基于模型計(jì)算分析了不同齒槽比、流道高度和管道壁厚度對電磁泵的磁密分布、電磁力密度分布和輸出電磁力的影響，最后進(jìn)一步對比分析了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下環(huán)形線性感應(yīng)電磁泵的輸出特性和效率，研究結(jié)果為環(huán)形線性感應(yīng)電磁泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)優(yōu)化提供了參考依據(jù)。

關(guān)鍵詞：環(huán)形線性感應(yīng)電磁泵；電磁泵；有限元；電磁場；結(jié)構(gòu)參數(shù)；端部效應(yīng)

DOI：10.15938/j.emc.2024.04.010

中圖分類號：TM359.4；TH35

文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A

文章編號：1007-449X（2024）04-0092-10

收稿日期： 2023-02-10

基金項(xiàng)目：中央高?；究蒲袠I(yè)務(wù)費(fèi)專項(xiàng)資金（2021YJS159）；北京交通大學(xué)自然科學(xué)橫向項(xiàng)目（E22L01060）

作者簡介：劉慧娟（1967—），女，博士，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)樾滦碗姍C(jī)的運(yùn)行理論及控制；

易元元（1998—），男，碩士研究生，研究方向?yàn)橹本€電機(jī)、永磁電機(jī)的電磁優(yōu)化設(shè)計(jì)；

張振洋（1989—），男，博士，研究方向?yàn)樘胤N電機(jī)優(yōu)化設(shè)計(jì)，多物理場數(shù)值計(jì)算分析;

周佳明（1996—），男，碩士研究生，研究方向?yàn)橛来烹姍C(jī)的電磁優(yōu)化設(shè)計(jì)；

王 宇（1998—），男，碩士研究生，研究方向?yàn)橹本€電機(jī)及其控制。

通信作者：劉慧娟

Influence of structural parameters on performance of annular linear induction electromagnetic pump

LIU Huijuan1， YI Yuanyuan1， ZHANG Zhenyang2， ZHOU Jiaming1， WANG Yu1

（1.College of Electrical Engineering， Beijing Jiaotong University， Beijing 100044， China;? 2.College of Electrical Engineering， Zhejiang University， Hangzhou 310027， China）

Abstract：

Annular linear induction electromagnetic pump （ALIP） is a key drive device for pumping coolant in liquid metal reactors. In the design and analysis of the electromagnetic pump， the structural parameters are important factors affecting the output performance of the electromagnetic pump. In order to further study the influence of the structural design parameters of the annular linear induction electromagnetic pump on its output performance. Firstly， the finite element analysis software was used to establish a simulation model of the annular linear induction electromagnetic pump by considering the effect of the end effect and the influence of the annular conductive pipeline， and then， based on this model， the influence of the different gear ratios， the height of the flow channel and the thickness of the pipeline wall on the electromagnetic pumps magnetism density distribution， the electromagnetic density distribution and the output electromagnetic force was analyzed by calculation. Finally， the output characteristics and efficiency of the toroidal linear induction electromagnetic pump with different structural parameters were further compared and analyzed， and the results provide a reference basis for the optimization of the structural parameters of the toroidal linear induction electromagnetic pump.

Keywords：annular linear induction electromagnetic pump; electromagnetic pump; finite element; electromagnet-ic field; structural parameters; end effect

0 引 言

為了推進(jìn)核能發(fā)展，滿足未來能源的需求，鈉冷快堆（SFR）、鉛冷快堆（FLR）等作為最有開發(fā)前景的第四代核能技術(shù)逐漸成為未來核能發(fā)展的方向［1］，而液態(tài)金屬由于熔點(diǎn)較低、沸點(diǎn)高、傳熱性能好等特點(diǎn)通常被作為反應(yīng)堆的循環(huán)冷卻劑［2］。泵送冷卻劑的動(dòng)力設(shè)備主要分為電磁泵和機(jī)械泵兩類，與機(jī)械泵相比，電磁泵的制造和維護(hù)簡單、無機(jī)械旋轉(zhuǎn)部件、密封性好，不存在泄漏問題，是液態(tài)金屬反應(yīng)堆中輸送液態(tài)金屬冷卻劑的最佳選擇。按液態(tài)金屬中電流的產(chǎn)生方式，電磁泵可分為傳導(dǎo)式和感應(yīng)式［3-4］，在傳導(dǎo)泵中，液態(tài)金屬需要通過金屬壁與外部電源直接接觸，普遍存在電極腐蝕等問題，而在感應(yīng)式電磁泵中，液態(tài)金屬的電流是由電磁感應(yīng)產(chǎn)生，不需要外部電路與管道連接，所以不存在傳導(dǎo)泵中的電極腐蝕問題，安全可靠性較高。在感應(yīng)式電磁泵中，環(huán)形線性感應(yīng)電磁泵（annular linear induction electromagnetic pump，ALIP）的結(jié)構(gòu)對稱性較高，不存在橫向端部效應(yīng)問題，更適合反應(yīng)堆中的管道系統(tǒng)，安裝和維護(hù)更加簡單，是液態(tài)金屬冷卻反應(yīng)堆的理想泵型。

目前針對ALIP的研究主要包括理論研究和數(shù)值模擬兩個(gè)方面。在理論研究方面，研究方法主要以等效電路法為主，通過引入修正系數(shù)來考慮端部效應(yīng)對ALIP輸出性能的影響［10］。文獻(xiàn)［5-7］基于ALIP的等效電路模型，通過引入達(dá)西公式來考慮ALIP中的流體損耗，推導(dǎo)了ALIP的流量壓差表達(dá)式。文獻(xiàn)［9］基于等效電路法對ALIP進(jìn)行了設(shè)計(jì)與性能分析，但仍采用修正系數(shù)［10］來考慮端部效應(yīng)的影響。文獻(xiàn)［11］基于ALIP的等效電路，設(shè)計(jì)了一臺小型鈉鉀真空電磁泵，并通過實(shí)驗(yàn)測試分析了工質(zhì)溫度、功率、運(yùn)行頻率對ALIP運(yùn)行特性的影響。文獻(xiàn)［12］基于一維場理論，在考慮端部效應(yīng)和管道渦流效應(yīng)下，計(jì)算分析了ALIP的電磁場和力場分布并推導(dǎo)了ALIP的流量壓差表達(dá)式。文獻(xiàn)［13］基于ALIP等效電路理論，建立了ALIP流量壓差的理論計(jì)算模型，并通過實(shí)驗(yàn)測試驗(yàn)證了模型的有效性，通過分析頻率、鈉溫以及環(huán)形間隙對ALIP輸出性能的影響，進(jìn)一步對ALIP進(jìn)行了優(yōu)化設(shè)計(jì)研究。

在數(shù)值模擬方面，文獻(xiàn)［14］利用Maxwell有限元分析軟件，計(jì)算分析了ALIP中電磁場和力場分布，但仿真中并未考慮端部效應(yīng)的影響。文獻(xiàn)［15］通過使用Flux、COMSOL等多種有限元分析軟件對ALIP的電磁特性和流體特性進(jìn)行了較為全面的研究。文獻(xiàn)［16］基于COMSOL多物理場仿真軟件，建立了ALIP的二維軸對稱模型，對不同線圈布置的ALIP的電磁和流體特性進(jìn)行了比較分析。文獻(xiàn)［17］通過建立ALIP的三維多物理場仿真模型，對ALIP中分離式定子結(jié)構(gòu)所引起的液態(tài)金屬不穩(wěn)定流動(dòng)問題進(jìn)行了分析研究。

與傳統(tǒng)直線感應(yīng)電機(jī)相比，ALIP存在環(huán)形的管道結(jié)構(gòu)，不僅使得ALIP擁有較大的電磁氣隙，而且管道中的渦流效應(yīng)還會(huì)進(jìn)一步削弱ALIP中的磁場，使得ALIP的輸出性能降低。雖然等效電路法能實(shí)現(xiàn)ALIP性能的快速計(jì)算分析，但計(jì)算結(jié)果與實(shí)際存在一定的誤差。為了得到ALIP更加準(zhǔn)確的計(jì)算結(jié)果，本文采用數(shù)值仿真方法，首先建立ALIP的有限元仿真模型，并將仿真計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)［8］的參考數(shù)據(jù)進(jìn)行比較分析，驗(yàn)證所建立的有限元仿真模型的正確性，然后基于仿真模型計(jì)算分析齒槽比、流道高度和管道壁厚度對ALIP電磁性能的影響，最后進(jìn)一步比較分析不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下ALIP的輸出特性和輸出效率，研究結(jié)果對該類電磁泵的設(shè)計(jì)與優(yōu)化具有指導(dǎo)意義。

1 ALIP的基本結(jié)構(gòu)和原理

1.1 結(jié)構(gòu)與原理

ALIP的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。與傳統(tǒng)的感應(yīng)電機(jī)類似［18-20］，基本結(jié)構(gòu)可以分為初級和次級兩部分，其中初級主要包括定子硅鋼鐵心、勵(lì)磁線圈繞組和內(nèi)鐵心，次級則由運(yùn)動(dòng)的液態(tài)金屬、靜止的內(nèi)外管道和熱屏蔽管道組成［12］。為了減少鐵心中的渦流損耗，高導(dǎo)磁的定子鐵心通常由表面涂有絕緣層的無取向硅鋼片疊壓而成。定子繞組一般為盤式繞組，沿電磁泵內(nèi)部管道軸向排列分布。由于輸送的液態(tài)工質(zhì)具有溫度高、腐蝕性強(qiáng)等特點(diǎn)，所以ALIP的內(nèi)外管道和熱屏蔽層管道通常為耐腐蝕和耐高溫的不銹鋼材質(zhì)。

當(dāng)ALIP的初級繞組中通入三相交流電，電磁泵的鐵心中將產(chǎn)生沿管道方向移動(dòng)的行波磁場，磁力線在外鐵心定子、環(huán)形管道、液態(tài)金屬、內(nèi)側(cè)管道之間實(shí)現(xiàn)閉合。在行波磁場的作用下，流動(dòng)的液態(tài)金屬中將產(chǎn)生感應(yīng)渦流，周向的感應(yīng)電流與液態(tài)金屬中徑向磁場相互作用，從而產(chǎn)生電磁力推動(dòng)液態(tài)金屬流動(dòng)。

2 有限元建模與分析

2.1 ALIP有限元模型

考慮到 ALIP結(jié)構(gòu)的對稱性以及仿真計(jì)算的周期和成本，對ALIP的限元模型進(jìn)行了等效處理，即建立ALIP的1/8等效模型，如圖2所示。

ALIP的主要參數(shù)和液態(tài)金屬鈉工質(zhì)的屬性參數(shù)，如表1所示。在ALIP中，次級流動(dòng)工質(zhì)為液態(tài)金屬鈉，仿真中，通過在入口側(cè)和出口側(cè)施加主從邊界條件來模擬其流動(dòng)。ALIP的定子繞組連接方式為星形連接，三相交流電按AZBXCY-AZBXCY-AZBXCY的順序加載到繞組線圈中。

2.2 仿真結(jié)果分析

以電流75 A，頻率60 Hz，滑差0.53的工況為例，仿真計(jì)算得到液態(tài)金屬流體域（r=36.5 mm）的電磁場和力場分布，如圖3所示。由圖3（a）和圖3（b）可知，液態(tài)金屬中磁密包括徑向磁密Br分量和軸向磁密Bz分量兩部分且徑向磁密幅值大于軸向磁密幅值。由于定子鐵心的齒槽效應(yīng)，Br和Bz在軸向上的分布存在一定的波動(dòng)。在初級繞組產(chǎn)生的行波磁場的作用下，液態(tài)金屬中將產(chǎn)生感應(yīng)渦流，感應(yīng)渦流與行波磁場相互作用，從而產(chǎn)生推動(dòng)液態(tài)金屬向前運(yùn)動(dòng)的電磁力，圖3（c）和圖3（b）分別為液態(tài)金屬中感應(yīng)電流密度Jθ和由磁場與電流相互作用產(chǎn)生的電磁力密度fem分布圖。為了進(jìn)一步驗(yàn)證數(shù)值仿真的準(zhǔn)確性，分別計(jì)算了不同輸入電流下ALIP的P-Q特性（壓差流量）曲線，并將計(jì)算結(jié)果與文獻(xiàn)［8］中ALIP的輸出結(jié)果對比，如圖4所示。在不同的電流輸入下，仿真結(jié)果和參考數(shù)據(jù)具有較好的一致性，其中最大誤差在15%左右，其余誤差在9%范圍內(nèi)，說明通過數(shù)值仿真計(jì)算的方法是可行的，能較好地預(yù)測ALIP的輸出性能。

3 結(jié)構(gòu)參數(shù)對ALIP輸出性能的影響分析

在電磁泵的設(shè)計(jì)和分析中，幾何設(shè)計(jì)參數(shù)和電氣輸入?yún)?shù)將決定環(huán)形線性感應(yīng)電磁泵輸出性能，當(dāng)外部電源輸入確定時(shí)，只能通過優(yōu)化電磁泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)來提高其輸出性能。為了進(jìn)一步研究ALIP結(jié)構(gòu)參數(shù)對輸出性能的影響，本節(jié)在保持外部電源輸入不變的情況下，利用ALIP有限元仿真模型，對不同齒槽比k1（圖1中槽口寬度w1與齒寬t1之比）、流道高度以及管道壁厚度下ALIP的電磁場分布、輸出特性以及輸出效率進(jìn)行計(jì)算分析。

3.1 不同結(jié)構(gòu)參數(shù)下ALIP的磁場和力場分布

3.1.1 齒槽比變化時(shí)ALIP的磁場和力場分布

圖5為不同齒槽比k1下流體域中磁密軸向分布。由圖可知，當(dāng)k1增大時(shí)，即外鐵心定子的齒部寬度增加，定子鐵心中磁路飽和程度降低，主磁路的磁阻減小，流體域中的磁密隨之增大，與無端部效應(yīng)磁密Br1相比，考慮端部效應(yīng)下的磁密Br2在入口和出口處發(fā)生畸變，在入口附近，磁密Br2被削弱，在出口處，磁密Br2略有增大，而中間區(qū)域磁密Br2和Br1分布基本一致。

圖6為不同齒槽比k1下的電磁力密度分布。由圖可知，隨著齒槽比k1逐漸增大，無端部效應(yīng)時(shí)電磁力密度fem1與考慮端部效應(yīng)時(shí)電磁力密度fem2也都隨之增大。同樣，由于端部效應(yīng)的影響，入口和出口附近的電磁力密度分布也存在畸變，與無端部效應(yīng)下電磁力密度fem1相比，考慮端部效應(yīng)下的電磁力密度fem2在入口和出口處為負(fù)值分布，在電磁泵的運(yùn)行過程中，在入口和出口附近的負(fù)方向的電磁力將阻礙液態(tài)金屬工質(zhì)的流動(dòng)，從而影響其運(yùn)行性能。

圖7為不同齒槽比k1下ALIP輸出電磁力的變化情況，由圖可知，當(dāng)k1從0.47增加到1.88時(shí)，輸出的電磁力呈現(xiàn)增大的趨勢，其中無端部效應(yīng)時(shí)對應(yīng)的電磁力Fem1增大13.19%，考慮端部效應(yīng)影響時(shí)對應(yīng)的電磁力Fem2增大10.98%。由于考慮端部效應(yīng)后，流體域中電磁力密度在入口和出口附近發(fā)生畸變，出現(xiàn)負(fù)值分布，所以考慮端部效應(yīng)下輸出的電磁力Fem2相對于無端部效應(yīng)下輸出的電磁力Fem1有所減小。為了表示端部效應(yīng)對輸出電磁力的影響，定義參數(shù)ke=（Fem1－Fem2）/Fem1，由圖7可知，隨著k1從0.47增大到1.88，ke值從18.1%減小到16.47%，端部效應(yīng)對輸出電磁力的影響隨之減小。

3.1.2 流道高度變化時(shí)ALIP的磁場和力場分布

ALIP中流道高度不僅影響其運(yùn)載能力，還決定電磁氣隙的大小。為了進(jìn)一步研究流道高度h1對電磁泵輸出性能的影響，在保持外鐵心尺寸參數(shù)不變情況下，通過調(diào)整內(nèi)鐵心直徑得到不同h1下ALIP流道區(qū)域磁密分布，如圖8所示。由圖8可知，隨著h1增加，電磁泵內(nèi)部的電磁氣隙增大，無端部效應(yīng)下流體域中磁密Br1和考慮端部效應(yīng)下流體域中磁密Br2也都呈現(xiàn)減小的趨勢，h1從4 mm增大到6 mm時(shí)磁密的變化量大于h1從6 mm增大到8 mm時(shí)磁密的變化量。

圖9為不同流道高度h1下電磁泵流道區(qū)域的時(shí)均電磁力密度的軸向分布圖，由圖可知，隨著h1逐漸增大，無端部效應(yīng)時(shí)流道區(qū)域的電磁力密度fem1和考慮端部效應(yīng)時(shí)流道區(qū)域的電磁力密度fem2也呈現(xiàn)減小趨勢。

圖10為不同h1下輸出電磁力變化情況，由圖可知，當(dāng)h1從4 mm增大到4.5 mm時(shí)，輸出電磁力略微有所增加，其中無端部效應(yīng)時(shí)對應(yīng)的電磁力Fem1最大為1 206.7 N，考慮端部效應(yīng)時(shí)對應(yīng)的電磁力Fem2最大為991.4 N。隨著h1進(jìn)一步增大，輸出電磁力卻呈現(xiàn)減小趨勢，分析可知，當(dāng)h1從4 mm增大到4.5 mm時(shí)，雖然流道區(qū)域的磁感應(yīng)強(qiáng)度和電磁力密度都在減小，但由于h1增加，液態(tài)金屬工質(zhì)的體積也隨之增大，因此輸出的電磁力會(huì)呈現(xiàn)增大的趨勢，隨著h1進(jìn)一步增大，液態(tài)金屬體積變化的影響逐漸減小，所以輸出的電磁力逐漸呈現(xiàn)減小的趨勢。此外，當(dāng)h1增大時(shí)，ke也呈現(xiàn)先增大后減小的趨勢，當(dāng)h1等于4.5 mm時(shí)，ke值最大，約為17.84%，此時(shí)端部效應(yīng)對輸出的電磁力影響最大，隨著h1從4.5 mm繼續(xù)增大到8 mm，ke值逐漸減小到16.92%，端部效應(yīng)對輸出的電磁力影響也隨之減小。

3.1.3 管壁厚度變化時(shí)ALIP的磁場和力場分布

由于ALIP的環(huán)形管道自身具有較高的電導(dǎo)率，在定子線圈繞組產(chǎn)生的交變磁場作用下，其內(nèi)部也將產(chǎn)生感應(yīng)渦流，由這些感應(yīng)渦流產(chǎn)生的感生磁場將削弱定子繞組產(chǎn)生的主磁場，從而削弱電磁泵的輸出能力。為了便于計(jì)算分析，取dw1=dw2=d1（其中dw1和dw2分別表示內(nèi)管壁和外管壁厚度），在保持內(nèi)外鐵心尺寸不變的情況下，得到不同管壁厚度d1下電磁泵流體域磁密分布和電磁力密度分布分別如圖11和圖12所示。由圖11和圖12可知，當(dāng)忽略不銹鋼導(dǎo)電管道渦流效應(yīng)的影響時(shí)（d1=0 mm），此時(shí)流體域中磁密幅值最大，電磁力密度也最大；隨著不銹鋼管道壁厚度d1依次增加到3 mm，管道壁中渦流的削弱作用增強(qiáng)，流體域中磁密幅值和電磁力密度隨之減小。

圖13為不同管壁厚度d1下電磁力變化情況。由圖可知，隨著d1逐漸增大，輸出的電磁力隨之減小，其中無端部效應(yīng)時(shí)電磁力Fem1從2 180 N下降到939 N，考慮端部效應(yīng)時(shí)電磁力Fem2從2 060 N減小到1 139 N 。當(dāng)d1從0逐漸增大到3 mm時(shí)，ke從18.47%減小到17.54%，端部效應(yīng)對輸出電磁力的影響隨之減小。

由以上分析可知，電磁泵的結(jié)構(gòu)參數(shù)的變化將影響電磁場和力場分布，使得電磁泵的輸出能力隨之改變；同時(shí)，ALIP中的端部效應(yīng)將使得ALIP輸出的電磁力減小，ALIP的輸出能力隨之降低。

3.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)對環(huán)形線性感應(yīng)電磁泵輸出性能的影響

基于前文分析結(jié)果，本節(jié)進(jìn)一步對比分析了不同齒槽比、流道高度和管道壁厚度對環(huán)形線性感應(yīng)電磁泵的輸出特性和效率的影響，如圖14～圖19所示。

在環(huán)形線性感應(yīng)電磁泵中，損耗主要包括繞組的銅耗，不銹鋼導(dǎo)電管道的渦流損耗、液態(tài)金屬的渦流損耗以及流體流動(dòng)過程中產(chǎn)生的能量損耗［22-23］，則環(huán)形線性感應(yīng)電磁泵的輸出效率可表示為

η=ΔPQPmf+PCu+Pf+Pw。（5）

式中：Pmf為液態(tài)金屬流體的輸出機(jī)械功率；PCu為初級繞組的銅耗；Pf為液態(tài)金屬流體中的渦流損耗；Pw為環(huán)形管道產(chǎn)生的渦流損耗；Q為流量。

圖14為不同齒槽比下電磁泵的輸出特性曲線，由圖可知，當(dāng)k1從0.47增大到1.32時(shí)，ALIP的輸出特性曲線隨之上移，ALIP的輸出性能得到提升，隨著齒槽比繼續(xù)增大，受輸入電流的限制，此時(shí)通過增大k1來提升ALIP的輸出能力的效果不再明顯。當(dāng)流量較大時(shí)，ALIP中液態(tài)金屬的流速較大，液態(tài)金屬流體流動(dòng)產(chǎn)生的水力損耗較大，因此在較大流量工況下，通過增大k1來提升ALIP的輸出能力的效果也隨之減弱。除此之外，當(dāng)k1增大時(shí)，由于電磁泵內(nèi)部氣隙磁密增大，隨著槽比k1逐漸增大，定子槽面積隨之減小，在相同的輸入電流下，線圈繞組的電流密度增大，線圈繞組的銅耗隨之增加。圖15為不同k1時(shí)電磁泵的輸出效率曲線，由圖可知，當(dāng)流量較小時(shí)，電磁泵的輸出效率隨k1的增大有所減小，當(dāng)流量較大時(shí)，輸出效率隨k1的增大而有所增加。

圖16為不同流道高度h1下電磁泵的輸出特性曲線，由圖可知，當(dāng)流量為零時(shí)，即流速為零，h1越小，對應(yīng)的輸出特性曲線的起點(diǎn)越高。隨著流量逐漸增加，在相同的流量下，h1越小，對應(yīng)的環(huán)形間隙的截面積越小，流速也就越大，產(chǎn)生的流體損耗也越大，因此輸出特性曲線也就下降地越快，輸送的流量范圍也隨之縮小。圖17為不同h1時(shí)輸出效率曲線，由圖可知，不同的流道高度h1下，輸出效率的峰值有所差異，其中當(dāng)流道高度為8 mm時(shí)的峰值最大，h1為3 mm時(shí)的峰值最小。雖然通過增大h1能提高電磁泵輸送流量范圍和效率峰值，但電磁泵的整體輸出能力隨之減小。

圖18和圖19分別為不同管道壁厚度d1下電磁泵的輸出特性曲線和效率曲線，由圖可知，當(dāng)忽略不銹鋼管道的影響時(shí)，電磁泵的輸出特性曲線和效率曲線最高，電磁泵的輸出能力最大。隨著管壁厚度d1增加，導(dǎo)電管壁中渦流削弱作用增強(qiáng)，輸出特性曲線和效率曲線隨之下移，電磁泵的輸出能力降低。因此在滿足機(jī)械強(qiáng)度、耐腐蝕等要求下，管道壁厚度d1不宜選擇過大。

從電磁泵的輸出特性、效率和運(yùn)載能力等方面等綜合考慮，得到了優(yōu)化后ALIP的結(jié)構(gòu)參數(shù)，如表2所示。 圖20為優(yōu)化前后ALIP的輸出性能曲線對比，由圖可知，通過對ALIP的結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化后，ALIP的最大輸出效率從19.5%提高到23.1%，不僅ALIP的流量運(yùn)載范圍得到增大，而且在相同流量下，ALIP擁有更大的壓差ΔP，電磁泵的輸出性能得到提升。

4 結(jié) 論

本文以一臺六極三相的ALIP為研究對象，通過建立ALIP有限元仿真模型，研究分析了不同齒槽比、流道高度以及管道壁厚度對ALIP的輸出性能的影響，得到以下結(jié)論：

1）利用所建立的ALIP有限元模型得到的仿真計(jì)算結(jié)果和參考值的最大誤差在15%左右，其余結(jié)果的誤差在9%以內(nèi)，驗(yàn)證了所建立的仿真模型的正確性以及仿真計(jì)算方法的可行性。

2）增大ALIP外鐵心定子的齒槽比k1，鐵心中磁路飽和程度降低，主磁路的磁阻減小，液態(tài)金屬中的磁密增大，電磁力密度增大，ALIP的輸出能力增強(qiáng)。

3）雖然增大流道高度導(dǎo)致電磁泵中磁密和電磁力密度隨之減小，但流體流動(dòng)所產(chǎn)生的水力損耗也隨之減小，同時(shí)，較大的流道高度使得電磁泵的流量運(yùn)載范圍擴(kuò)大，在電磁泵的設(shè)計(jì)過程中，需要根據(jù)實(shí)際的運(yùn)行工況來選擇合適的流道高度。

4）隨著導(dǎo)電管壁厚度增加，不銹鋼導(dǎo)電管壁中渦流的削弱作用增強(qiáng)，電磁泵中磁密和電磁力密度隨之減小，電磁泵的輸出能力隨之降低，在滿足機(jī)械強(qiáng)度和耐腐蝕性等要求下，管壁厚度也不宜選取過大。

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（編輯：劉素菊）