端部磁场优化：ALIP电磁泵性能模拟与边界条件研究

本文主要探讨的是基于端部磁场函数的线性感应电磁泵（ALIP）的优化建模。ALIP作为一种结构简单、可靠性高的空间核反应堆动力装置循环泵，其电磁场和流体场特性研究具有重要意义。当前，对ALIP的基本性能研究主要依赖于实验、解析计算和数值模拟三种方法。 解析计算方面，以往的研究主要通过等效电路理论，但这种方法常常忽略或简单处理纵向端部效应和铁芯饱和问题，导致计算结果存在较大误差。数值模拟则在处理这些复杂现象上更为精确，例如Kwak的研究指出，端部效应会影响径向磁密和周向电流的轴向分布，磁密在进口处减弱而在出口处增强。赵睿杰通过COMSOL软件构建了三维模型，模拟了分离式定子间隙对不稳定流动的影响，但计算过程耗时较长。 Araseki等人的研究进一步证实了端部效应与DSF（双倍供电频率）压力脉动的关联，表明端部效应是ALIP性能波动的关键因素，可通过优化端部梯度绕组布局来减小这种脉动。 然而，由于ALIP的实际应用中，端部效应产生的谐波力场会对泵的性能产生显著影响，如何精确模拟这种影响成为挑战。由于液态金属工质在泵沟内持续流动，且仿真模型的端部长度受限，这就需要建立合适的边界条件和合理设定端部长度，以平衡模型简化与精度之间的关系。本文借助Ansys-Maxwell有限元仿真软件，针对一台二极三相小型ALIP，进行了不同端部长度、频率和激励电流下的静态磁场、动态电磁场以及力场的计算和分析，深入探究端部长度对电磁场和力场性能的具体影响，为ALIP的优化设计提供关键数据支持。这一研究不仅有助于提升ALIP的整体性能，还为其他类似设备的设计提供了有价值的参考。