[發明專利]一種螺旋通道直流磁流體泵

有效

• 申請號: 201910069487.1
• 申請日: 2019-01-24
• 公開（公告）號: CN109639095B
• 公開（公告）日: 2020-10-30
• 發明（設計）人: 趙凌志;彭愛武;陳小強;李建;王鋒;劉保林;李然;夏琦;劉艷嬌;張慶賀;沙次文
• 申請（專利權）人: 中國科學院電工研究所
• 主分類號: H02K44/02
• 分類號: H02K44/02
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 關玲

一種螺旋通道直流磁流體泵，由圓柱形磁體和螺旋通道組成，螺旋通道穿過圓柱形磁體的磁孔。導電流體切向或軸向流入磁流體通道，在螺旋通道內受圓周方向電磁力作用、做均勻螺旋流動，切向流出磁流體通道。所述圓柱形磁體產生軸向磁場，可采用螺管超導磁體或圓柱形Halbach永磁磁體。所述直流磁流體泵的磁流體通道內部采用螺旋葉片導流結構，提高了流場均勻性、大大降低了磁流體通道內部流動損失；此外，所采用的螺管超導磁體或圓柱形Halbach永磁磁體，提高了磁場強度和磁場空間均勻性，進而大大提高了泵送能力。

技術領域

本發明涉及一種磁流體泵，特別是一種采用螺旋通道的直流磁流體泵。

背景技術

磁流體泵利用導電流體(如液體金屬、血液、人體體液、海水等)中電場和磁場的相互作用產生電磁力(洛倫茲力)驅動導電流體運動，是一種導電流體的泵送裝置。磁流體泵的電機和泵體合二為一，沒有旋轉機械部件和傳動軸系，提高了可靠性、降低了機械噪聲，廣泛應用在海水、熔融態金屬輸送，生物微流體驅動和控制、血液泵等領域。直流磁流體泵主要由磁體和磁流體通道、電極等組成。磁體提供一種不隨時間變化的恒定磁場；電極將外部直流電導入磁流體通道內的導電流體中、產生恒定電場；電場和磁場相互作用，產生電磁力，直接驅動導電流體沿受力方向流動。根據電場、磁場和電磁力(流場)的相互作用，直流磁流體泵主要存在兩種結構方式—直線式和螺旋式。圖1給出了直線式磁流體通道內電場、磁場和流場的方向，磁場B垂直紙面向里、電流密度J豎直向下，產生的電磁力F水平向右，導電流體水平向右流動、速度為v。圖2為螺旋式磁流體通道內電場、磁場和流場的方向，圓柱面內、外電極間產生徑向電場、電流密度為J，磁場B為垂直紙面向里的軸向磁場，產生的電磁力F為周向，導電流體沿受力方向呈螺旋狀流動、流速為v。根據磁流體動力學，流量為0時，電磁力產生的壓升P＝JBL，L為沿流動方向電磁力的有效作用長度；對于直線式，L等于有效磁場空間沿流動方向的幾何尺寸，而對于螺旋式，L則大于有效磁場空間的軸向長度。所以，相同的有效磁場空間和相同的磁場強度B和電流密度J下，螺旋式直流磁流體泵具有更大的壓升P(揚程)，具有更優的泵送能力。美國專利US2004/0234379A1提出了一種螺旋式直流磁流體泵，其磁流體通道由圓筒狀內外電極組成，導電流體從軸向流入、切向流出，軸向磁場由螺線管電磁體或永磁體提供，并對永磁磁路進行了優化設計。然而，不管是螺線管電磁體或Halbach結構的永磁磁體，磁場強度的提高都非常有限。圖3為美國專利US2004/0234379A1螺旋式直流磁流體泵內部流線圖，箭頭為流動方向。可以看出，磁流體通道入口和內電極之間沒有導流結構，軸向流入的導電流體直接撞擊內電極端面并強制轉變為螺旋流動，流體竄動非常劇烈、出現漩渦，大大增大了局部流動損失；此外，整個電磁場作用區域、也就是內電極所對應的流動區域，流動僅靠電磁力和慣性力決定，沒有導流結構，流場極度不均勻，增大了流動損失。因此，需對磁流體通道內部的流道結構進行優化設計，提高螺旋式直流磁流體泵的性能。

發明內容

為了克服現有技術的缺陷，本發明提出一種具有螺旋通道的直流磁流體泵。本發明磁流體通道內部采用螺旋葉片導流結構，提高了流場均勻性、大大降低了磁流體通道內部流動損失；此外，本發明采用螺管超導磁體或圓柱形Halbach永磁磁體，提高了磁場強度和磁場空間均勻性，進而大大提高了泵送能力。

本發明的技術方案為：一種螺旋通道直流磁流體泵，所述直流磁流體泵由圓柱形磁體和螺旋通道組成，螺旋通道穿過圓柱形磁體的磁孔，圓柱形磁體的軸向長度小于螺旋通道的軸向長度；導電流體切向或軸向流入螺旋通道，在螺旋通道內受圓周方向電磁力作用做均勻螺旋流動，切向流出螺旋通道。所述圓柱形磁體產生軸向磁場，磁孔截面為圓形，可采用螺管超導磁體或圓柱形Halbach永磁磁體。