金属发射管的涡流影响
锦瑟听弦2012/09/25电磁炮 IP:上海
对线圈缠绕在ABS管和缠绕在壁厚0.5mm铜管上的效果做了采样。实验的结论是:


涡流在一定程度上影响效率,会损失超过5%的能量。


实验步骤:


首先将0.5mm的漆包线缠绕在外径6mm的ABS管上,1层。用小刀刮开漆层,烙铁迅速上锡。模拟内6mm,外7mm铜管:
DSC_0887.jpg



然后搭建实验用的放电线圈,参数如下:
发射管:内7.5mm,外9.5mm碳纤维管。
线圈:2.0cm长,0.63mm漆包线5层共计150圈整。
电容:450V,270uF。充电至460V以上,在电压缓慢降至450V整时触发。
采样电阻:串联在线圈上,电阻2.5mOhm。


采样分为2组,第一组不插入模拟的铜管,第二组插入模拟的铜管。每组采样3次,以50ksps采样率采集0.6ms的30个点电流值。
对于每个时间点的3个电流值,去除1个最大值,取剩余2个值的平均值。下面是结果。B列是无涡流的曲线,C列是有涡流的曲线。
EddyCurrentsOfPipe.png

涡流的影响主要在于线圈电流急速变化的上升段,符合涡流正比于电流变化率的原理。
最后在上升段电流对时间的数值积分分别是:3064.5(无涡流)和3000(有涡流)。
涡流产生的磁场在上升段时和线圈产生的磁场方向相反,但由于涡流较小且只有1匝,这里忽略不计。
剩下的主要影响就是对加速线圈放电曲线的干扰,下面是估算干扰值的步骤:


已知:对于给定的线圈和电容,在除了电容电压不同,其余参数均相同时。放电电流曲线的幅度正比于电容电压。
故:对本实验中几乎只有幅度差异的两条放电电流曲线,可以认为是电容电压不同时的情况。
那么:两次放电释放的能量比值应该等于电容电压不同时的电容储能之比:
E1 / E2 = pow(3000, 2) / pow(3064.5, 2) = 0.958。即由于涡流损失了4.2%的能量。


考虑到:
1、实验中的模拟铜管较短(~15mm)
2、模拟铜管外径为7mm,线圈内径为9.5mm。之间有一定的空隙。
所以实际使用0.5mm铜管时损失的效率应该大于4.2%,可能会有1到2倍的增长,但不会超过甚至接近1个数量级。
故作出一开始的结论:涡流在一定程度上影响效率,会损失超过5%的能量。


最后附上实验数据,已经转换为excel格式。请见sheet2:EddyCurrents(sheet1:TMP是之前一个无关实验……请忽略好了)


编辑更新:
仔细看了曲线对比,发现在下降段可以认为噪声干扰下曲线接近一致,故把数值积分的定义域由0~0.6ms改为0~0.2ms。
attachment icon EddyCurrentsOfPipe.zip 4.58KB ZIP 26次下载
+25  科创币    着迷者1    2012/09/26 高质量发帖
+50  科创币    量子隧道    2012/09/26 不错。鼓励探索型实验
+25  科创币    MicroSound    2012/09/26 鼓励测试,只是对数值大小有待于进一步确认
+100  科创币    潜伏者    2012/09/26 支持理论实验
+25  科创币    w_b_b_w    2012/09/26
+50  科创币    10班陈大葱22号    2012/09/26
来自:物理高能技术 / 电磁炮
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