永磁筒式磁选机的磁场分析及其计算机辅助设计

论文摘要

永磁筒式磁选机是利用不同矿物之间的磁性差异,在不均匀磁场中使矿物分离的一种选矿方式。对不均匀磁场即磁选机磁场特性的分析是改进磁选机磁系结构,提高磁选效率的必要前提。而对永磁体外界磁场分布的分析计算又是对磁选机磁场特性分析的前提。计算永磁体外界磁场的数值一般可以用四种方法:磁库伦定律法,毕奥-萨伐尔,复变函数法和有限元法。本文首先用磁库仑定律推导了永磁体外部空间磁场分布的解析表达式,其次利用毕奥-萨伐尔定理推导方块形永磁体磁场分布的解析表达式。由于永磁体磁选的磁系是由多块块状的永磁体叠加而成的,利用磁库仑定律和毕奥-萨伐尔定理计算永磁体的外部空间磁场仅对单块永磁体来说比较简洁,但是要计算多块永磁体组合成的磁选机磁系外部磁场的数值计算量就非常大。所以本文采用复变函数法计算永磁体磁选机的磁场。同时,详细阐述了磁选机的工作原理及影响其磁场特性的因素,同时对筒式磁选机磁极性不变,慢速转动时的矿粒受力分析和对筒式磁选机磁极性交替,慢速转动时的矿粒受力分析。而且对矿物质磁化的起因及其影响矿物质磁性的因素进行了分析和概述;并用复变函数法对磁选机的磁场进行了计算分析。此外,利用电磁场分析软件Ansoft对磁选机的磁场进行了静态和瞬态仿真分析。并在此基础上,对磁选机进行了设计优化即加入了辅助磁系后的磁选机的磁场进行了分析。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 1 绪论
• 1.1 课题研究的背景及意义
• 1.2 论文的主要内容及其创新
• 2 磁选机的基本理论
• 2.1 物质的磁化和分类
• 2.2 影响矿物磁性的因素
• 2.2.1 颗粒形状
• 2.2.2 颗粒线度
• 2.2.3 矿物含量
• 2.2.4 矿物氧化程度
• 2.3 磁化粒子在筒式磁选机中的作用力
• 2.3.1 筒式磁选机磁极性不变，慢速转动时的受力分析和对转速要求
• 2.3.2 筒式磁选机磁极性交替，慢速转动时的受力分析和对转速要求
• 2.4 磁选机的工作原理及影响其磁场特性的因素
• 2.4.1 筒式磁选机的分选机理
• 2.4.2 影响磁选机磁场特性的因素
• 3 磁选机磁场分布的基础理论
• 3.1 磁库伦定律法推导永磁体外部空间磁场分布的解析表式
• 3.1.1 点“磁荷”产生磁场强度
• 3.1.2 线“磁荷”产生的磁感应强度
• 3.1.3 矩形面产生的磁感应强度
• 3.1.4 方块磁体极面产生的磁感应强度
• 3.1.5 应用等效磁荷法计算方块永磁体的磁感应强度
• 3.2 利用毕奥-萨伐尔定理推导方块形永磁体磁场分布的解析表达式
• 3.2.1 单个方块形永磁体情形
• 3.2.2 多块方块形永磁体情形
• 3.3 复变函数法
• 3.3.1 线性变换
• 3.3.2 反演变换
• 3.3.3 幂函数变换和根式函数变换
• 3.3.4 指数变换和对数变换
• 3.3.5 正弦变换和反正弦变换
• 3.3.6 儒可夫斯基变换
• 4 有限元方法及其在磁场计算中的应用
• 4.1 有限元方法简况
• 4.2 有限元方法基本思路及其采用软件开展有限元分析的典型步骤
• 4.2.1 有限元方法基本思路
• 4.2.2 采用软件开展有限元分析的主要步骤:
• 4.3 Ansoft Maxwell 软件分析二维电磁场基本理论
• 4.3.1 麦克斯韦方程组
• 4.3.2 位函数及其微分方程
• 4.4 Ansoft Maxwell 电磁场分析软件介绍
• 4.4.1 Ansoft Maxwell 软件中的主要模块
• 4.4.2 Ansoft Maxwell 2D 操作界面介绍
• 4.4.3 Ansoft Maxwell 电磁分析软件应用领域
• 5.磁选机的磁场分析
• 5.1 用复变函数法分析永磁筒式磁选机的磁场特性
• 5.1.1 永磁筒式磁选机问题的简化及其边值条件
• 5.1.2 保角变换求解场量
• 5.1.3 复势函数及其场量的计算
• 5.1.4 计算实例
• 6 磁选机的辅助设计和优化
• 6.1 采用有限元分析磁选机所产生的磁场
• 6.1.1 问题的描述
• 6.1.2 创建项目
• 6.1.3 创建磁选机的几何模型（建模）
• 6.1.4 材料定义及分配
• 6.1.5 施加边界条件
• 6.1.6 求解选项参数设定
• 6.1.7 后处理（包括求解启动求解过程、观察力和磁场分布）
• 6.1.8 观察和讨论求解结果
• 6.2 磁选机的设计优化
• 6.2.1 三种磁系特性的比较
• 7 总结和展望
• 7.1 总结
• 7.2 展望
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文及科研情况
• 致谢