中北大学2011届毕业设计说明书
该装置工作过程为：铝锭在坩埚中加热到一定温度并熔化，通过小车进给装置，将熔化的金属液倒入保温炉中。该保温炉可以通过专门的“铝合金抵押铸造保温炉控制系统”进行控制。保温炉与与电磁泵相通，熔化的金属液可以在通道自由流通。在电磁泵流槽中，导电流体在电流和磁场的共同作用下，使得电磁推动力直接作用在金属液体上，使之发生定向移动。金属液沿着升液管上升，到达出液口时，沿着出液口流槽流出，并流入容器中。通过称体对容器中的金属铝液质量变化进行测定。此外，由于实验室中的质量测量装置量程范围较小。所以，在原先的实验装置上进行了改动。将称体挂悬挂在支架上，再将容器放置在称体上。该质量测量装置通过悬挂的方式，减小容器本身对称体的压力。从而扩大了称体的有效称量范围。
6 实验过程
在流量测试实验前，先对整个装置进行清理调试。之后，将300kg铝锭放入坩埚中进行加热700℃左右，使其熔化。熔化后通过进给小车，将坩埚中的溶液倒入保温炉，开启保温炉电源，并使炉内温度保持在700℃左右。开启电磁泵装置，金属液在电磁泵作用下，沿着升液管上升。
实验室可加载的最大电流为2500A。研究电流对电磁泵流量的影响，先慢慢地给电磁泵加载不断增大的电流。实验发现，当电流增大到实验室可供电流极大值时，升液管中仍然没有金属铝液流出。通过激光测距仪观察升液管中金属液面发现，在实验室能给定的电流极限条件下，铝液并不能上升到1500mm高度。因此，在原先设计的实验装置上对其进行改良。改良后的实验装置将升液管的高度从原先的1500mm，拆卸成500mm和200mm。在这两种升液管高度下，分别研究各种因素对流量的影响作用。
为了方便，实验引入悬浮电流、充型电流的概念。在实验中，先对金属液体施加一定电流，在该电流和给定磁场的作用下，金属液沿着升液管上升。当金属液正好上升到升液管出口高度且没有外溢时，记录下此时的电流大小，并将此时的电流称为悬浮电流。在保持该悬浮电流不变的条件下，对电磁泵施加另一电流，在该电流作用下金属液体就可以从升液管流出，将此时外加的电流称为充型电流。在浇注口测得的电流，称为浇注电流。通过实验发现，浇注电流基本等于充型电流和悬浮电流的和。
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实验中，保温炉与升液管相连，金属液沿着升液管上升的同时，保温炉内的液面就在下降。实验发现，随着出液口和保温炉液面高度差的不断变化，所需要的悬浮电流也不断变化。选取实验开始时保温炉内的铝液面高度作为零势面，如图6.1所示。
图6.1 实验研究零势面的选取
在选取零势面的前提下，忽略流槽及升液管中各种摩擦阻力的作用。笔者通过物理学进行初步分析，简化各作用力，笔者假设认为：在实验室中铝液上升的驱动力，是由保温炉内金属液高度变化产生的压差、悬浮电流作用下的驱动力、充型电流下的驱动力三方面共同作用的结果。其数学式如6.1所示
P=ρg（0-h）-J悬浮Bdx-J充型Bdx （6.1） ρ——铝液的密度（700℃下，铝液密度约为2373kg/m3）； g——重力加速度，我们取9.85m/s2；
h——以如图6.1起始时的液面高度为零势面，在此基础上液面变化量； J悬浮——流过液态金属的悬浮电流密度； J充型——流过液态金属的充型电流密度； Bv——磁感应强度；，
式6.1是随后进行实验分析的基础。
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7 实验数据分析
实验是在升液管高度不变，在不同悬浮电流条件下，保证充型电流相同，在一定时间内的连续测量的流量数据。在实验过程中，需要同时记下悬浮电流、浇注电流、泵量时间、该泵量时间内的泵量以及此时的温度。由于在实验室条件下，充型电流的加载是一个慢慢增大加载的过程，因而流量的变量也是一个渐变的过程。实验室通过多次实验得出，在0-6s时间内，可以充足的保证充型电流达到实验规定的数值。即，为了保证实验数据的稳定性，实验中截取某一时间段，在该段时间，。电磁泵是稳定工作的。本实验选取6-10s时间段，作为电磁泵流量稳定范围。其流量变化简化图如7.1所示。
图7.1 流量变化简化图
关于实验数据的分析，笔者以升液管高度为500mm，充型电流为900A不变时，得到的数据为例，对实验数据进行分析。其实验原始数据如表7.1所示。
表7.1 充型电流为900A时实验数据 升液管高度500mm 充型电流/A
浇注电流
/A 1832 1842 1862 1878 1899 1924
悬浮电流/A 933 944 963 980 1001 1024
泵量时间/S 6 10 10 10 10 10
重量/kg 10.5 21 21 20.5 19.5 20
温度/℃ 710 714 716 718 720 723
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900A
中北大学2011届毕业设计说明书 1949 1966 1966
1051 1081 1102
10 10 10
20 20 19
724 726 727
根据实验原理和众多实验数据分析发现，浇注电流≈充型电流+悬浮电流。根据该原则，计算理论条件下充型电流和悬浮电流的和，与实际测得的浇注电流差值比较。对于差值较大的数据组进行剔除。其实验数据波动如表7.2所示。 表7.2 实验数据整理
出液口高度500mm
充型电流/A
悬浮电流/A 933 944 963 980 1001 1024 1051 1081 1102
理论浇注电流/A
1833 1863 1863 1880 1901 1924 1951 1981 1966
实际浇注电流/A
1832 1842 1862 1878 1899 1924 1949 1966 1966
波动值 -1 -2 -1 -2 -2 0 -2 -15 -36
900A
根据表7.2分析得，最后两组数据波动值在-15和-36，波动范围较大。所以进行剔除。将数据进行整理后得到的数据，如表7.3。
表7.3 剔除后的有效数据
出液口高度500mm 充型电流/A 悬浮电流/A
933 944 963 980 1001 1024 1051
重量/kg 10.5 21 21 20.5 19.5 20 20
泵量时间/t
6 10 10 10 10 10 10
泵量/kg 10.5 21 21 20.5 19.5 20 20
900A
依据该原则对所有的数据进行整理。 7.1 数据分析方法一
实验中，给电磁泵先加载一个悬浮电流，在保温炉液体压力共同作用下，铝液可以升到出液口500mm，让后给其加载900A充型电流，在充型电流作用下，金属
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