利用梯度磁场实现空气中氧气富集的实验研究

D01:10.13374j.isml00103x2006.11.012 第28卷第11期 北京科技大学学报 Vol.28 No.11 2006年11月 Journal of University of Science and Technology Beijing Now.2006 利用梯度磁场实现空气中氧气富集的实验研究 蔡军)王立)吴平2 1)北京科技大学机械工程学院，北京1000832)北京科技大学应用科学学院，北京100083 摘要提出了一种新的利用梯度磁场实现空气中氧气富集的方法：用两块相距一定距离的磁铁 异极相对围成一个四周边界开放的磁场空间，其边界处存在着指向空间内部的场强梯度.进入磁 场空间的气体中氧分子在通过边界流出时将受到磁化力的阻碍作用.这样就在磁场空间内部尤其 是远离空气入口位置，氧分子得到富集.该方法最突出的特点在于，可有效避免由于气体湍流、分 子的布朗运动以及扩散作用所造成的再混合.磁体材料为钕铁硼，尺寸为78mm×38mm×30mm, 所围空间的尺寸为78mmX38mm×1mm.实验结果表明：磁场空间内氧体积分数增加最多的地方 出现在距空气入口最远边界处，在一定空气入口流量范围内（≤60mL"mi),进出口空气流量比 存在一个最佳值，使磁场空间内各处的氧体积分数达到最大：在本文实验条件下，该值在2.0左 右，当进出口流量分别为40 mL'min1和20mL·min1时，出口气体氧的体积分数增量可达到 0.65%. 关键词高梯度磁场：氧氮分离：磁分离：富氧 分类号TQ02892 根据电磁学理论，在非均匀磁场中的介质会 此空气在高梯度强磁场作用下，其中的氧分子向 受到磁化力的作用，单位体积磁介质所受到的磁 磁场强的地方聚集，而氮分子则向磁场弱的地方 化力为： 集中，从而达到氧氮分离的目的.由式()可知 磁场越强.场强梯度越大，氧分子受到的磁化力就 F=- (1) o dx 越大，分离效果就越明显.本文基于氧气和氮气 其中，F为X方向介质受到的磁化力，凸为真空 在高梯度磁场中呈现的不同特性提出了一种高 磁导率，X为介质的体积磁化率，B为磁感应强 梯度磁场氧氮分离装置并进行了实验， 度，dB/dX为场强梯度.至今为止，基于该原理 1实验 的高梯度磁分离技术已经在选矿、废水、饮用水处 理及烟气除尘等领域得到了广泛的应用一.另 11实验装置 外，利用梯度磁场控制气体流动可以改善燃烧，加 目前，利用高梯度磁场进行富氧研究的实验 速呼吸以及促进晶体生长等6 装置的普遍做法是：让氧氮混合气体经过存在场 虽然高梯度磁分离技术在很多领域得到了应 强梯度的磁场区域由于氧氮分子受力方向不同， 用，但是把该技术应用于氧氮分离却还处于起步 从而在流动过程中逐渐实现分离.这种做法忽视 发展阶段.朱重光、张驰等讨论了高梯度磁场对 了气体在流动过程中湍流作用对磁场分离过程的 氧氮的分离过程，并对其可行性进行了分 影响.实际上，湍流作用的影响是“致命”的，它能 析11)，但是并没有进行实验研究. 很轻易地把梯度磁场的分离成果“抹杀”掉.鉴于 此本文提出了一种新的方法，并设计出了相应的 氧气和氮气具有不同的磁性：氧气呈现顺磁 性，0，在梯度磁场中所受磁化力方向为磁场 高梯度磁场分离装置.该方法可有效避免由于气 体湍流、分子的布朗运动以及扩散作用所造成的 强度增大方向：而氮气则呈抗磁性，~0，在梯度 磁场中所受磁化力方向为磁场强度降低方向.因 再混合. 整个磁场区域由两块相同的矩形钕铁硼永磁 收稿日期：2005-09-02修回日期：200603-16 体形成，永磁体的几何尺寸L×W×H为 作者简介：蔡军(19刀-)，男，博士研究生：王立(1956-)， 78mm×38mm×30mm.两块永磁体异极相对， 男.教授，博士生导师 ,i9+0 China Academic Jou Eectro Pu基磁极有鼠形式御凰所丞两块碱体之间的间kine

利用梯度磁场实现空气中氧气富集的实验研究 蔡 军1) 王 立1) 吴 平2) 1) 北京科技大学机械工程学院, 北京 100083 2) 北京科技大学应用科学学院, 北京 100083 摘 要 提出了一种新的利用梯度磁场实现空气中氧气富集的方法:用两块相距一定距离的磁铁 异极相对围成一个四周边界开放的磁场空间, 其边界处存在着指向空间内部的场强梯度.进入磁 场空间的气体中氧分子在通过边界流出时将受到磁化力的阻碍作用, 这样就在磁场空间内部尤其 是远离空气入口位置, 氧分子得到富集.该方法最突出的特点在于, 可有效避免由于气体湍流、分 子的布朗运动以及扩散作用所造成的再混合.磁体材料为钕铁硼, 尺寸为78 mm ×38 mm ×30mm, 所围空间的尺寸为78 mm ×38 mm ×1 mm .实验结果表明:磁场空间内氧体积分数增加最多的地方 出现在距空气入口最远边界处, 在一定空气入口流量范围内( ≤60 m L·min -1 ) , 进出口空气流量比 存在一个最佳值, 使磁场空间内各处的氧体积分数达到最大;在本文实验条件下, 该值在 2.0 左 右,当进出口流量分别为 40 mL·min -1和 20 m L·min -1 时, 出口气体氧的体积分数增量可达到 0.65%. 关键词 高梯度磁场;氧氮分离;磁分离;富氧 分类号 TQ 028.9 +2 收稿日期:2005 09 02 修回日期:2006 03 16 作者简介:蔡 军( 1977—) , 男, 博士研究生;王 立( 1956—) , 男, 教授, 博士生导师 根据电磁学理论, 在非均匀磁场中的介质会 受到磁化力的作用, 单位体积磁介质所受到的磁 化力为: F = χ μ0 B dB dX ( 1) 其中, F 为 X 方向介质受到的磁化力, μ0 为真空 磁导率, χ为介质的体积磁化率, B 为磁感应强 度, dB/dX 为场强梯度.至今为止, 基于该原理 的高梯度磁分离技术已经在选矿、废水 、饮用水处 理及烟气除尘等领域得到了广泛的应用[ 1-5] .另 外, 利用梯度磁场控制气体流动可以改善燃烧, 加 速呼吸以及促进晶体生长等 [ 6-9] . 虽然高梯度磁分离技术在很多领域得到了应 用, 但是把该技术应用于氧氮分离却还处于起步 发展阶段.朱重光 、张驰等讨论了高梯度磁场对 氧氮 的 分 离过 程, 并 对 其 可 行 性进 行 了 分 析[ 10-11] , 但是并没有进行实验研究 . 氧气和氮气具有不同的磁性 :氧气呈现顺磁 性, χ>0, 在梯度磁场中所受磁化力方向为磁场 强度增大方向;而氮气则呈抗磁性, χ<0, 在梯度 磁场中所受磁化力方向为磁场强度降低方向.因 此空气在高梯度强磁场作用下, 其中的氧分子向 磁场强的地方聚集, 而氮分子则向磁场弱的地方 集中, 从而达到氧氮分离的目的 .由式( 1) 可知, 磁场越强, 场强梯度越大, 氧分子受到的磁化力就 越大, 分离效果就越明显 .本文基于氧气和氮气 在高梯度磁场中呈现的不同特性, 提出了一种高 梯度磁场氧氮分离装置, 并进行了实验 . 1 实验 1.1 实验装置 目前, 利用高梯度磁场进行富氧研究的实验 装置的普遍做法是 :让氧氮混合气体经过存在场 强梯度的磁场区域, 由于氧氮分子受力方向不同, 从而在流动过程中逐渐实现分离 .这种做法忽视 了气体在流动过程中湍流作用对磁场分离过程的 影响.实际上, 湍流作用的影响是“致命” 的, 它能 很轻易地把梯度磁场的分离成果“抹杀”掉 .鉴于 此, 本文提出了一种新的方法, 并设计出了相应的 高梯度磁场分离装置 .该方法可有效避免由于气 体湍流 、分子的布朗运动以及扩散作用所造成的 再混合. 整个磁场区域由两块相同的矩形钕铁硼永磁 体形成, 永 磁体的 几何尺 寸 L × W ×H 为 78 mm ×38 mm ×30 mm .两块永磁体异极相对, 其磁极布置形式如图 1 所示, 两块磁体之间的间 第 28 卷 第 11 期 2006 年 11 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol.28 No.11 Nov.2006 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2006.11.012

Vol.28 No.11 蔡军等：利用梯度磁场实现空气中氧气富集的实验研究 。1059。 隙距离6可以调节. 用类似一个具有选择性的“筛子”，氧分子不易穿 过该筛子而氮分子却相对更容易穿过.因此利 用梯度磁场的“筛子”作用，可以实现氧氮分离或 富氧的目的，而且这种方法可有效避免气体湍流 Z H 所造成的再混合. (Q-Q2 (a)三维示意图 (b)横截面示意图 图1磁极布置形式 Fig.I Layout of magetic poles (Q,-Q,y2 本文采用的钕铁硼永磁体的牌号为N35,其 图3气体在磁场间隙的的二维流动示意图 性能如下回：剩磁1.25T;矫顽力860kAm Fig.3 Two-dimensional diagrammatic sketch of gas flows in the 内禀矫顽力1000kA·m-1;最大磁能积 magnetic space between two poles 290kJm3.图2所示为1mm时，间隙内的 整个实验装置示意图如图4所示.风机提供 气隙磁场沿X轴方向上的磁场分布.由图可知： 的空气经过缓冲容器进入磁场间隙.由图3与 气隙磁场关于Z轴对称，在一l5mm+15mm时，间隙 过流量计2流出.通过配合调节流量计1和2的 内的磁感应强度开始急剧下降，在边缘处降为零， 进口阀门，可以调节进入磁场间隙的气体流量和 因此这一区间内存在相当大的场强梯度，对氧分 容器内的压力.带有针头的塑料软管用于沿Z轴 子产生磁化力作用的正是这一区域. 进行定点取样，针头的取样端插入到磁场间隙的 中心位置(X=0),如图4所示.在本文实验条件 1.0 下，磁场间隙内的气体沿轴方向的平均宏观流速 0.8 很低，其最大值约为1.97×102ms1,另外取 0.6 样针头非常细小，因此针头对磁场间隙内气体流 0.4 动的影响非常小，可以近似认为气体在磁场间隙 内的流动是对称的.与磁场间隙平齐的密封容器 0.2 壁上开有一排圆孔，圆孔用橡胶垫进行密封.通 -20 -10 0 10 20 X/mm 过圆孔，把针头插入到磁场间隙内约3mm处，可 以在磁场间隙端面出口处附近沿X轴方向进行 图2气隙磁场沿X轴方向上的场强分布（≥1mm) 定点取样.隔板的作用是为了把沿X轴正负方 Fig.2 Field intensity distribution of the air-gap magnetic field 向两侧分流出去的气体与从磁场间隙端面出口流 along the X direction (1mm) 压力计 Q-Q-0 p 流量计1 图3所示为气体在磁场间隙内流动的示意 隔板 图.当流量为Q1的空气从磁场间隙端面进入间 密封容器 Q 隙后，流量为Q2的部分气体沿轴方向流动，剩余 暖冲 容 永磁体 息流量计 气体将以流量(Q1一Q2/2分别沿X轴的正负 风机 2 方向分流出去，并流出磁场间隙这部分气体在流 橡胶垫 出磁场间隙前要穿过梯度磁场区域.由式(1)可 知：气体中的氧分子将受到梯度磁场的磁化力作 隔板 用，其运动受到阻碍；对于氮气分子，由于磁性与 针头 塑料软管 氧气分子相反其运动不会受到梯度磁场的阻碍. 受到阻碍而留在磁场间隙内的氧分子随同Z轴 图4实验装置示意图 方向的氖流流出e由此可界梯度磁扬尽撼的作c Publishing House,.Irighis reserved” Fig.4 Experimental setup http://www.cnki.net

隙距离 δ可以调节 . 图 1 磁极布置形式 Fig.1 Layout of magnetic poles 本文采用的钕铁硼永磁体的牌号为 N35, 其 性能如下[ 12] :剩磁 1.25T ;矫顽力 860 kA·m -1 ; 内禀 矫 顽 力 1 000 kA · m -1 ;最 大 磁 能 积 290 kJ·m -3 .图 2 所示为 δ=1 mm 时, 间隙内的 气隙磁场沿 X 轴方向上的磁场分布 .由图可知: 气隙磁 场关 于 Z 轴 对称, 在 -15 mm +15 mm时, 间隙 内的磁感应强度开始急剧下降, 在边缘处降为零, 因此这一区间内存在相当大的场强梯度, 对氧分 子产生磁化力作用的正是这一区域 . 图 2 气隙磁场沿 X 轴方向上的场强分布( δ=1 mm) Fig.2 Field intensity distribution of the air-gap magnetic field along the X direction ( δ=1 mm) 图 3 所示为气体在磁场间隙内流动的示意 图.当流量为 Q1 的空气从磁场间隙端面进入间 隙后, 流量为 Q2 的部分气体沿轴方向流动, 剩余 气体将以流量( Q1 -Q2 )/2 分别沿 X 轴的正负 方向分流出去, 并流出磁场间隙, 这部分气体在流 出磁场间隙前要穿过梯度磁场区域 .由式( 1) 可 知:气体中的氧分子将受到梯度磁场的磁化力作 用, 其运动受到阻碍 ;对于氮气分子, 由于磁性与 氧气分子相反, 其运动不会受到梯度磁场的阻碍. 受到阻碍而留在磁场间隙内的氧分子随同 Z 轴 方向的气流流出 .由此可见, 梯度磁场区域的作 用类似一个具有选择性的“筛子”, 氧分子不易穿 过该筛子而氮分子却相对更容易穿过 .因此, 利 用梯度磁场的“筛子”作用, 可以实现氧氮分离或 富氧的目的, 而且这种方法可有效避免气体湍流 所造成的再混合. 图 3 气体在磁场间隙内的二维流动示意图 Fig.3 Two-dimensional diagrammatic sketch of gas flows in the magnetic space between two poles 图 4 实验装置示意图 Fig.4 Experimental setup 整个实验装置示意图如图 4 所示.风机提供 的空气经过缓冲容器进入磁场间隙 .由图 3 与 图 4可知, 沿 X 轴正负方向两侧分流出去的气体 最后汇集在一起, 通过流量计 1 流出, 其余气体通 过流量计 2 流出.通过配合调节流量计 1 和 2 的 进口阀门, 可以调节进入磁场间隙的气体流量和 容器内的压力 .带有针头的塑料软管用于沿 Z 轴 进行定点取样, 针头的取样端插入到磁场间隙的 中心位置( X =0), 如图 4 所示.在本文实验条件 下, 磁场间隙内的气体沿轴方向的平均宏观流速 很低, 其最大值约为 1.97 ×10 -2 m·s -1 , 另外取 样针头非常细小, 因此针头对磁场间隙内气体流 动的影响非常小, 可以近似认为气体在磁场间隙 内的流动是对称的.与磁场间隙平齐的密封容器 壁上开有一排圆孔, 圆孔用橡胶垫进行密封 .通 过圆孔, 把针头插入到磁场间隙内约3 mm处, 可 以在磁场间隙端面出口处附近沿 X 轴方向进行 定点取样 .隔板的作用是为了把沿 X 轴正负方 向两侧分流出去的气体与从磁场间隙端面出口流 Vol.28 No.11 蔡 军等:利用梯度磁场实现空气中氧气富集的实验研究 · 1059 ·

。1060。 北京科技大学学报 2006年第11期 出的气体隔绝开，以防止两股气流混合在一起. 通过以下公式可以计算出所注入高纯氮气的体 12分析方法 积 本文采取定点取样方法对磁场间隙内不同地 v=m-2△v (2) 方的氧体积分数进行分析.由于氧体积分数变化 -C2-C1 量很小，为了保证测量精度，在分析氧体积分数 重复以上操作10次，取平均值V= 时，采用间接测量方法.具体作法是：以高纯氮气 (纯度达到99.999%)作为背景气，把抽取的气样 上》收作为高纯氨气的注入体积。表1所示 10名 与背景气混合，用微量氧分析仪器测出混合气体 为每次充气压力设定为1050Pa时的计算结果. 的氧体积分数值，然后再返算气样中氧体积分数. 由表1可知，当容器内部压力为1050Pa时，高纯 图5所示为氧体积分数分析装置示意图.图中1， 氮气注入体积的平均值V=5331.65mL.用于 2,3和4为控制阀门；气体分析仪采用EC911微 注射气体的微量进样器在使用前经过了气密性检 量氧分析仪，其量程为107~1%，精度为读数的 查，具有很好的气密性，测量氧体积分数的分析仪 士2%：U型玻璃管压力计确保每次注入的背景 具有很高的精度，这些都保证了高纯氮气注入体 气的量相同：阀2与压力计之间采用6的塑料软 积的测量精度.当计算高纯氮气注入体积的时 管连接，其他管线采用1的不锈钢管，以确保整 候把注入空气的氧体积分数假设为了20.9%， 个管路的密封. 不可否认这将给注入体积的测量带来误差.但 氨气钢瓶 是，由于注入的空气量相比容器内的高纯氮气量 -1 小的多，因此由于空气的氧体积分数差别而导致 减压阀 的高纯氮气注入体积的测量误差是很小的.经过 注射时器 测量，实验环境下空气的氧体积分数在20.9%~ -3 210%之间波动.把空气的氧体积分数视为 混合气室 力计 21.0%时得到的高纯氮气注入体积的平均值为 4 5558.13mL,相对误差约为0.5%，这样的误差给 氧分析仪 以后计算气样中氧的体积分数所带来的相对误差 内置气泵 在0.5%左右，可以忽略 图5气样中的氧体积分数分析装置示意图 表1充气压力为L.050MPa的高纯氮气注入量的计算结果 Fig.5 Analytical setup of oxygen volume fraction in the gas Table 1 Calculation resuts of highpurity nitrogen volume under sample 1 050 MPa charged pressure 为计算出气样中氧体积分数，先确定一定压 次数，K CV10-6 C/10-6 注入体积，'/mL 力下高纯氮气的注入量操作步骤如下： 5.00 428 5527.97 (1)排除阀门2与U型管压力计之间的空 3 513 429 5532.36 495 427 5535.29 气.断开软管与U型管压力计之间的连接，关闭 今 4 494 427 553383 阀门3，打开阀门1和2，微调减压阀通氮气 5 485 428 550612 5min,然后在保持通氮气的情况下，把软管连接 6 499 427 5541.16 到U型管压力计，并关闭阀门2和减压阀. 7 507 428 553822 (2)高纯氮气的注入量.打开阀门3,4，微调 8 520 429 554263 减压阀持续通高纯氮气，对管路进行清扫，氧分析 9 510 430 5513.38 10 492 426 5545.65 仪的示数不断降低当仪器示数稳定时，停止通入 平均值 5531.65 氮气，记录下氧体积分数值C1,并关闭阀4，打开 阀2，对混合气室进行充气，当内部压力增至设定 确定了高纯氮气的注入体积后，通过氧分析 的压力时停止充气，依次关闭减压阀、阀门2与阀 仪给出注入△V=1mL气样后混合气体的氧的 门3，然后用微量进样器往混合气室中注入△V= 体积分数值C2,然后根据下式可计算出样气中的 1mL的空气（氧体积分数视为Co=209%),让 氧体积分数C: 其充分混合后，打开阀门4，并开启氧分析仪的内 C=r+△)C2-G 置气泵，消乐数稳定时，记录下氯体积分教值8 iPublishing House,.All rightsrved.. (3) http://www.cnki.net

出的气体隔绝开, 以防止两股气流混合在一起 . 1.2 分析方法 本文采取定点取样方法对磁场间隙内不同地 方的氧体积分数进行分析 .由于氧体积分数变化 量很小, 为了保证测量精度, 在分析氧体积分数 时, 采用间接测量方法 .具体作法是:以高纯氮气 (纯度达到 99.999 %)作为背景气, 把抽取的气样 与背景气混合, 用微量氧分析仪器测出混合气体 的氧体积分数值, 然后再返算气样中氧体积分数. 图5 所示为氧体积分数分析装置示意图.图中 1, 2, 3 和 4 为控制阀门;气体分析仪采用 EC911 微 量氧分析仪, 其量程为 10 -7 ～ 1 %, 精度为读数的 ±2 %;U 型玻璃管压力计确保每次注入的背景 气的量相同;阀 2 与压力计之间采用 6 的塑料软 管连接, 其他管线采用 1 的不锈钢管, 以确保整 个管路的密封. 图 5 气样中的氧体积分数分析装置示意图 Fig.5 Analyti cal setup of oxygen volume fraction in the gas sampl e 为计算出气样中氧体积分数, 先确定一定压 力下高纯氮气的注入量, 操作步骤如下 : (1) 排除阀门 2 与 U 型管压力计之间的空 气.断开软管与 U 型管压力计之间的连接, 关闭 阀门 3, 打开阀门 1 和 2, 微调减压阀通氮气 5 min, 然后在保持通氮气的情况下, 把软管连接 到 U 型管压力计, 并关闭阀门 2 和减压阀. ( 2) 高纯氮气的注入量 .打开阀门 3, 4, 微调 减压阀持续通高纯氮气, 对管路进行清扫, 氧分析 仪的示数不断降低, 当仪器示数稳定时, 停止通入 氮气, 记录下氧体积分数值 C1, 并关闭阀 4, 打开 阀 2, 对混合气室进行充气, 当内部压力增至设定 的压力时停止充气, 依次关闭减压阀、阀门 2 与阀 门3, 然后用微量进样器往混合气室中注入 ΔV = 1 mL 的空气(氧体积分数视为 C0 =20.9 %), 让 其充分混合后, 打开阀门 4, 并开启氧分析仪的内 置气泵, 当示数稳定时, 记录下氧体积分数值 C2 . 通过以下公式可以计算出所注入高纯氮气的体 积: V = C0 -C2 C2 -C1 ΔV ( 2) 重复 以 上 操 作 10 次, 取 平 均 值 V = 1 10 ∑ 10 K =1 VK 作为高纯氮气的注入体积.表 1 所示 为每次充气压力设定为 1 050 Pa 时的计算结果. 由表 1 可知, 当容器内部压力为 1 050 Pa 时, 高纯 氮气注入体积的平均值 V =5 331.65 mL .用于 注射气体的微量进样器在使用前经过了气密性检 查, 具有很好的气密性, 测量氧体积分数的分析仪 具有很高的精度, 这些都保证了高纯氮气注入体 积的测量精度 .当计算高纯氮气注入体积的时 候, 把注入空气的氧体积分数假设为了 20.9 %, 不可否认, 这将给注入体积的测量带来误差 .但 是, 由于注入的空气量相比容器内的高纯氮气量 小的多, 因此由于空气的氧体积分数差别而导致 的高纯氮气注入体积的测量误差是很小的 .经过 测量, 实验环境下空气的氧体积分数在 20.9 %～ 21.0 %之间波动.把空气的氧体积分数视为 21.0 %时得到的高纯氮气注入体积的平均值为 5 558.13 mL, 相对误差约为 0.5 %, 这样的误差给 以后计算气样中氧的体积分数所带来的相对误差 在 0.5 %左右, 可以忽略. 表1 充气压力为 1.050MPa 的高纯氮气注入量的计算结果 Table 1 Calculation results of high-purity nitrogen volume under 1.050 MPa charged pressure 次数, K C1/ 10 -6 C2/ 10 -6 注入体积, VK / mL 1 5.00 42.8 5 527.97 2 5.13 42.9 5 532.36 3 4.95 42.7 5 535.29 4 4.94 42.7 5 533.83 5 4.85 42.8 5 506.12 6 4.99 42.7 5 541.16 7 5.07 42.8 5 538.22 8 5.20 42.9 5 542.63 9 5.10 43.0 5 513.38 10 4.92 42.6 5 545.65 平均值 — — 5531.65 确定了高纯氮气的注入体积后, 通过氧分析 仪给出注入 ΔV =1 mL 气样后混合气体的氧的 体积分数值 C2, 然后根据下式可计算出样气中的 氧体积分数 C : C = ( V +ΔV ) C2 -VC1 ΔV ( 3) · 1060 · 北 京 科 技 大 学 学 报 2006 年第 11 期

Vol.28 No.11 蔡军等：利用梯度磁场实现空气中氧气富集的实验研究 。1061。 式中，V为高纯氮气注入体积，C2为注入样气后 域)扩散造成的.由图6和图7可知随着进口流 的仪器示数C1为注入样气前的仪器示数. 量的增加，各取样点的氧体积分数变化量先增大 0.6 2 实验结果及分析 -■-Q,-20mL+min4 Qz=20 mL-min 0.5 -。-Q=30 mL.min 整个气隙磁场关于Z轴对称，因此只需对半 04 -t-Q,=40mL·min-l --Q=50 mL.min 边的气隙磁场区域进行取样分析，取样位置如图 -◆-Q,-60 mL.min-l 5所示.通过密封容器壁上的圆孔取样可以得到 磁场间隙端面出口处沿X轴方向的氧体积分数 变化情况，通过带有针头的塑料软管在侧面取样 0.1 可以得到磁场间隙内沿Z轴(X=0)上的氧体积 0 分数变化情况.另外，还对从流量计2出来的气 0.2 0.4 0.60.8 1.0 ZL 体进行氧体积分数分析.整个实验是在室温(25 下进行的，由于风机出口压力不大因此密封 图7不同进口流量Q1条件下磁场间隙内Z轴(X=0)上各 点的氧体积分数增量变化 容器内的压力也近似大气压力 Fig.7 Changes of the increment of oxygen volume fraction a 图6~8是出口流量Q2=20mL°min时， long the axis Z(X0)under different inlet flow 磁场间隙内各取样点的氧体积分数变化量随进口 流量的变化情况，以及从流量计2出来气体的氧 体积分数变化量随进口流量的变化情况. Qz-20 mL.min- 0.6 --Q,=20mL…min1 1.0--Q,=30ml.mim1 Q2=20 mL.min- -*-Q,=40mL·minl A 是0.8--Q,=50 mL.min- 0.4 -◆-Q,=60 mL.min 0.6 ★ 0.2 0.2 0 ◆ 20 30 40 50 60 Q/(mL.min-) 0 00.20.40.6 0.81.0 图8从流量计2流出气体的氧体积分数增量随进口流量Q X7(w2) 的变化 图6不同进口流量Q1条件下磁场间隙端面出口处各点氧体 Fig.8 Changes of the increment of oxygen volume fraction of 积分数增量的变化 gas flowing through Flowmeter 2 with inlet flow O Fig.6 Changes of the increment of oxygen volume fraction at the end outlet of the magnetic space under different inlet flow 后降低，当进口流量Q1=20mL·min1时，磁场 2, 间隙内各个点的氧体积分数变化量达到最大且 最大增量达到了0.98%（图6中A点所示），而从 由图6可知，对于所有进口流量，随着X值 流量计2流出气体的氧体积分数增量也到达最大 的逐渐增大，氧体积分数变化量也逐渐增加，约在 值0.65%（图8所示）.这表明，在Q2一定的情 X/(W/2)=0.789,即X=15mm附近达到最大 况下，进口流量Q1存在一个最佳值，通过图8可 然后又开始下降，这与图2所示的磁场分布一致， 以直观地看到这一点.这种情况可以解释为：当 X=15mm恰好是磁场开始产生场强梯度的地 Q1很小时，从磁场间隙两侧边界分流出去的气 方，是氧分子受到磁化力作用的起始点，所以这里 体相应就少，只有较少的氧气分子受到梯度磁场 氧分子聚集的最多.由图2可知，在0X< 的筛子”作用，所以磁场间隙内的氧体积分数变 十15mm的区间内，磁感应强度几乎相等，氧分子 化量很小.随着Q1增大，在Q2不变的情况下从 在该区间内不会受到磁化力作用，但图6却显示 磁场间隙两侧边界分流出去的气体量相应增加， 出该区间内的氧体积分数也有一个变化，而且各 更多的氧气分子受到梯度磁场的“筛子”作用.相 个点的变化量不同，这是由于聚集在梯度磁场区 应地，被梯度磁场束缚在磁场间隙内的氧分子也 域内的氟分f向气隙磁扬忠心区撼均匀磁场服cPu就越多困此磁场间隙内各点的氧体积分数变化ki

式中, V 为高纯氮气注入体积, C2 为注入样气后 的仪器示数, C1 为注入样气前的仪器示数. 2 实验结果及分析 整个气隙磁场关于 Z 轴对称, 因此只需对半 边的气隙磁场区域进行取样分析, 取样位置如图 5 所示.通过密封容器壁上的圆孔取样可以得到 磁场间隙端面出口处沿 X 轴方向的氧体积分数 变化情况, 通过带有针头的塑料软管在侧面取样 可以得到磁场间隙内沿 Z 轴( X =0)上的氧体积 分数变化情况.另外, 还对从流量计 2 出来的气 体进行氧体积分数分析.整个实验是在室温( 25 ℃)下进行的, 由于风机出口压力不大, 因此密封 容器内的压力也近似大气压力 . 图 6 ～ 8 是出口流量 Q2 =20 mL·min -1时, 磁场间隙内各取样点的氧体积分数变化量随进口 流量的变化情况, 以及从流量计 2 出来气体的氧 体积分数变化量随进口流量的变化情况 . 图6 不同进口流量 Q1 条件下磁场间隙端面出口处各点氧体 积分数增量的变化 Fig.6 Changes of the increment of oxygen volume fraction at the end outlet of the magnetic space under different inlet flow Q1 由图 6 可知, 对于所有进口流量, 随着 X 值 的逐渐增大, 氧体积分数变化量也逐渐增加, 约在 X / ( W/2) =0.789, 即 X =15 mm 附近达到最大, 然后又开始下降, 这与图 2 所示的磁场分布一致, X =15 mm 恰好是磁场开始产生场强梯度的地 方, 是氧分子受到磁化力作用的起始点, 所以这里 氧分子聚集的最多 .由图 2 可知, 在 0 <X < +15 mm的区间内, 磁感应强度几乎相等, 氧分子 在该区间内不会受到磁化力作用, 但图 6 却显示 出该区间内的氧体积分数也有一个变化, 而且各 个点的变化量不同, 这是由于聚集在梯度磁场区 域内的氧分子向气隙磁场中心区域( 均匀磁场区 域)扩散造成的 .由图 6 和图 7 可知, 随着进口流 量的增加, 各取样点的氧体积分数变化量先增大 图 7 不同进口流量 Q1 条件下磁场间隙内 Z 轴( X =0) 上各 点的氧体积分数增量变化 Fig.7 Changes of the increment of oxygen volume fraction a￾long the axis Z ( X=0) under different inlet flow Q1 图 8 从流量计 2 流出气体的氧体积分数增量随进口流量 Q1 的变化 Fig.8 Changes of the increment of oxygen volume fraction of gas flowing through Flowmeter 2 with inlet flow Q1 后降低, 当进口流量 Q1 =20 mL·min -1时, 磁场 间隙内各个点的氧体积分数变化量达到最大, 且 最大增量达到了0.98 %(图 6 中 A 点所示) , 而从 流量计 2 流出气体的氧体积分数增量也到达最大 值 0.65 %(图 8 所示) .这表明, 在 Q2 一定的情 况下, 进口流量 Q1 存在一个最佳值, 通过图 8 可 以直观地看到这一点 .这种情况可以解释为:当 Q1 很小时, 从磁场间隙两侧边界分流出去的气 体相应就少, 只有较少的氧气分子受到梯度磁场 的“筛子”作用, 所以磁场间隙内的氧体积分数变 化量很小 .随着 Q1 增大, 在 Q2 不变的情况下从 磁场间隙两侧边界分流出去的气体量相应增加, 更多的氧气分子受到梯度磁场的“筛子”作用.相 应地, 被梯度磁场束缚在磁场间隙内的氧分子也 就越多, 因此磁场间隙内各点的氧体积分数变化 Vol.28 No.11 蔡 军等:利用梯度磁场实现空气中氧气富集的实验研究 · 1061 ·

。1062。 北京科技大学学报 2006年第11期 量开始提高.然而，随着Q1和Q3的不断增加， 072%(图9中A点所示)，而从流量计2流出气 气体分子的宏观流速增大，所具有的惯性力越来 体的氧体积分数的增量也达到最大值0.44%（图 越大，当惯性力到一定程度，梯度磁场将无法束缚 11所示).这表明在进口流量一定的情况下，出 住从磁场间隙两侧分流出去的氧分子，因此磁场 口流量存在一个最佳值，其原因与前面的分析类 间隙内各点的氧体积分数变化量又将开始降低. 似.在出口流量一定的情况下，进口流量同样也 从图6~8可以看出，当Q1=Q2的极限情况时， 存在一个最佳值，因此可以推断出进口流量与出 磁场间隙内的氧体积分数也有微小变化.原因是 口流量之间存在一个最佳比例.根据图6~1L,在 气体进入磁场间隙后，由于气体沿轴方向流动的 本文的实验条件下，Q1/Q2的最佳比例在20左 阻力比从两侧边界流出的阻力大，会有部分气体 右. 从磁场间隙两侧的边界流出，根据质量守恒，也会 0.6 有相同量的气体在前方(Z轴方向)从磁场间隙外 0.5 -。-Q2=0mL,min1 Q,=50 mL-min -.-Q2=10mL.min-1 流回磁场间隙内.流出磁场间隙的气体将受到梯 04 -◆-Q2=20mL-min1 度磁场的“筛子”作用，部分氧分子被束缚在了磁 --2=30 mL.min -◆-Q2=40 nL.min1 场间隙内；对于流入磁场间隙的气体而言，梯度磁 场对氧分子产生的作用力由阻力变为了拉力，因 此氧分子相比氮分子更容易被磁化力吸入到磁场 间隙内.所以，即使在Q1=Q2的情况下，磁场间 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 隙内仍然会有很小的氧体积分数变化. ZiL 图9~11是进口流量Q1=50 mL'min时， 图10不同出口流量Q,条件下磁场间隙内Z轴(X=0)上 磁场间隙内各取样点的氧体积分数变化量随出口 各点的氧体积分数增量的变化 流量的变化情况，以及从流量计2出来气体的氧 Fig.10 Changes of the increment of oxygen volume fraction a 体积分数变化量随出口流量的变化情况. long the axis Z(X=0)under different outlet flow 1.0 -.-Q:=0 ml..min Q,=50 ml..min 0.5 0.8 -●-Q:=l0 mL-min' Q,-50 mL-min- -*-Q:=20 mL-min -Q=30 mL.min -◆-Q2=40mL-min1 0.4 0.4 0.2 0.3 0 0.2 0.40.60.8 1.0 X(W/2) 0.2 0 20 30 40 Q/(mL.min) 图9不同出口流量Q2条件下磁场间隙端面出口处各点的氧 体积分数增量的变化 图11从流量计2流出气体的氧体积分数增量随出口流量 Fig.9 Changes of the increment of oxygen volume fraction at Q:的变化 the end outlet of the magnetic space under different outlet flow Fig.11 Changes of the increment of oxygen voume fraction of 0x gas flowing through Flowmeter 2 with outlet flow O2 由图9~11可知，与图6~8所示的情况相 文献[13]利用磁性金属丝过滤器来捕获空气 似当进口流量一定时，对于所有出口流量，磁场 中的氧分子.其原理为：利用外部磁场磁化金属 间隙内氧体积分数增量的最大值出现在间隙出口 丝，在金属丝的表面附近形成很高的场强梯度，对 截面X/(W/2)=0.789附近.磁场间隙内各取 氧分子产生很强的吸引力，当空气通过过滤器时， 样点的氧体积分数以及从流量计2流出气体的氧 该吸引力把氧分子束缚在金属丝的表面附近其 体积分数随着出口流量的增加，先增大后减小，当 结果为过虑器内的气体的氧体积分数增加了 出口流量Q2=20 mL'min时，磁场间隙内各点 0.4%.该方法主要存在两个方面的不足，一是整 的氣体分数增量达到最杰具最太增量达到cP个过程不连续示是磁性叁属丝对氧的吸附存在k1

量开始提高 .然而, 随着 Q1 和 Q3 的不断增加, 气体分子的宏观流速增大, 所具有的惯性力越来 越大, 当惯性力到一定程度, 梯度磁场将无法束缚 住从磁场间隙两侧分流出去的氧分子, 因此磁场 间隙内各点的氧体积分数变化量又将开始降低. 从图 6 ～ 8 可以看出, 当 Q1 =Q2 的极限情况时, 磁场间隙内的氧体积分数也有微小变化 .原因是 气体进入磁场间隙后, 由于气体沿轴方向流动的 阻力比从两侧边界流出的阻力大, 会有部分气体 从磁场间隙两侧的边界流出, 根据质量守恒, 也会 有相同量的气体在前方( Z 轴方向) 从磁场间隙外 流回磁场间隙内 .流出磁场间隙的气体将受到梯 度磁场的“筛子”作用, 部分氧分子被束缚在了磁 场间隙内 ;对于流入磁场间隙的气体而言, 梯度磁 场对氧分子产生的作用力由阻力变为了拉力, 因 此氧分子相比氮分子更容易被磁化力吸入到磁场 间隙内.所以, 即使在 Q1 =Q2 的情况下, 磁场间 隙内仍然会有很小的氧体积分数变化. 图9 ～ 11 是进口流量 Q1 =50 mL·min -1时, 磁场间隙内各取样点的氧体积分数变化量随出口 流量的变化情况, 以及从流量计 2 出来气体的氧 体积分数变化量随出口流量的变化情况 . 图9 不同出口流量 Q2 条件下磁场间隙端面出口处各点的氧 体积分数增量的变化 Fig.9 Changes of the increment of oxygen volume fraction at the end outlet of the magnetic space under different outlet flow Q2 由图 9 ～ 11 可知, 与图 6 ～ 8 所示的情况相 似, 当进口流量一定时, 对于所有出口流量, 磁场 间隙内氧体积分数增量的最大值出现在间隙出口 截面 X/ ( W/2) =0.789 附近.磁场间隙内各取 样点的氧体积分数以及从流量计 2 流出气体的氧 体积分数随着出口流量的增加, 先增大后减小, 当 出口流量 Q2 =20 mL·min -1时, 磁场间隙内各点 的氧体积分数增量达到最大, 且最大增量达到了 0.72 %(图 9 中 A 点所示), 而从流量计 2 流出气 体的氧体积分数的增量也达到最大值 0.44 %(图 11 所示) .这表明在进口流量一定的情况下, 出 口流量存在一个最佳值, 其原因与前面的分析类 似.在出口流量一定的情况下, 进口流量同样也 存在一个最佳值, 因此可以推断出进口流量与出 口流量之间存在一个最佳比例 .根据图 6 ～ 11, 在 本文的实验条件下, Q1/ Q2 的最佳比例在 2.0 左 右. 图10 不同出口流量 Q2 条件下磁场间隙内 Z 轴( X =0) 上 各点的氧体积分数增量的变化 Fig.10 Changes of the increment of oxygen volume fraction a￾long the axis Z ( X=0) under different outl et flow Q2 图 11 从流量计 2 流出气体的氧体积分数增量随出口流量 Q2 的变化 Fig.11 Changes of the increment of oxygen volume fraction of gas flowing through Flowmeter 2 with outlet flow Q2 文献[ 13] 利用磁性金属丝过滤器来捕获空气 中的氧分子.其原理为 :利用外部磁场磁化金属 丝, 在金属丝的表面附近形成很高的场强梯度, 对 氧分子产生很强的吸引力, 当空气通过过滤器时, 该吸引力把氧分子束缚在金属丝的表面附近, 其 结果为过虑器内的气体的氧体积分数增加了 0.4 %.该方法主要存在两个方面的不足, 一是整 个过程不连续, 二是磁性金属丝对氧的吸附存在 · 1062 · 北 京 科 技 大 学 学 报 2006 年第 11 期

Vol.28 No.11 蔡军等：利用梯度磁场实现空气中氧气富集的实验研究 。1063。 极限，即饱和状态.与之相比，本文提出的新思路 2001(9):14 装置不存在上述的问题而且结构简单.氧体积 【习田琰，刘若茜，黄常纲，等.高体度磁分离技术在废水处理 中的应用.磁性材料及器件，2000,31(2)：24 分数的最大增量达到了0.65%，分离效果比磁性 【3到蓝惠霞，颜幼平，武秀文.高梯度磁分离技术在饮用水处 金属丝过滤器要好. 理中的研究与应用.煤矿环境保护，2001,15(1)：17 【4陈松明，颜幼平，蓝惠霞.高梯度磁分离除尘的实验研究 3结论 环境污染治理技术与设备.2002,3(6)：57 [习蓝惠霞，陈中豪，颜幼平.高体度磁分离技术用于工业烟 (1)实验表明，本文提出的新思路是可行的. 气除尘的研究.冶金能源2004,23(1)：55 根据新思路设计的实验装置结构简单，可以实现 [6 Ueno S,Iwasaka M.Eguchi H.et al.Dynamics bchavior of gas flow in gradient magnetic fields IEEE Trans Magn. 氧氮的连续分离，而且可有效避免由于气体湍流、 1993,296:3264 分子的布朗运动及扩散作用所造成的氧氮再混合. [7 W akayama N I.Sugie M.Magretic promation of combustion (2)对于本文设计的装置，在不同进出口流 in diffusion flames.Phys B.1996.216(3/4):403 [8 Wakay ama N I,Wakayama M.Magnetic acceleration of im 量下，磁场空间内氧体积分数增加最多的地方均 hakd and exhakd flow sin breathing.Jon J Appl Phys Part 2. 出现在距空气入口最远边界处. 2000.39(3VB):L262 (3)在一定流量范围内（≤60 mL'min),进 9 Sheibani H.Liu Y C.Sakai S.et al.The effect of appied magnetic field on the grow th mechanisms of liquid phase clec- 出口空气流量比存在一个最佳值，使磁场空间内 troepitaxy.Int J Eng Sei.2003.41(3-5):401 各处的氧体积分数增量达到最大：本文实验条件 【10朱重光.磁分制氧机理.准北煤师院学报1997,18(1)： 下，该值在2.0左右. 22 【1】张驰，张兆庆.高梯度磁场氮氧分离技术探讨.磁性材料 (4)当进出口流量分别为40mL°min1和20 及器件，2003.343)：21 mL'min'时，出口气体的氧体积分数增量达到 【2!杨立军，任建勋，宋耀祖，等.不同磁场布置对空气自然 065%. 对流的影响.太阳能学报2003,24H3):413 L13] Ohara T.Ichida T.Ooura H.et al.Experiment on oxygen 参考文献 entichment of air using superconducting high intensity mag netic fieH.Bull Electrotech Labo.1984.48(12):928 [刂雅尔辛·T,白秀梅.镍矿石的磁浮选.国外金属矿选矿， Experimental research on oxygen enrichment using gradient magnetic field CAIJun,WANG Li,WU Ping?) 1)Mechanical Engineering School,University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083.China 2)Applied Science School,University of Science and Technology Beijing.Beijing 100083,China ABSTRACT A new method of oxygen enrichment from air by use of gradient magnetic fields w as intro- duced.A magnetic space with open borders was formed by two opposite magnetic poles of two permanent magnets with certain distance.A field intensity gradient,which points at the interior of the magnetic space,existed near the borders.When oxy gen molecules in air outflowed via the borders,they would be fettered by the magnetizing force.So oxygen was enriched in the magnetic space,especially at the far end aw ay from the air inlet.The most outstanding characterist ic of this method was to be able to effectively avoid the re-mixing caused by gas turbulence,Brown motion and diffusion.Neodymium-iron-boron perma- nent magnets were adopted and the size was 78 mmX 38 mmX 30mm.The size of the fommed magnetic space w as 78 mmX 38 mmX I mm.The experimental results showed that the highest oxygen volume frac- tion in the magnetic space appeared at the farthest border apart from the air inlet.The airflow ratio of inlet to outlet had an optimal value(air inlet 60mL'min)which made the highest oxygen volume fraction. Under the ex perimental conditions in this study,it should be about 2.0.When the airflows of inlet and outlet were up to 40mL'min and 20mL'min,respectively,the increment of oxygen volume fraction at the outlet reached 0.65%. KEY WORDS high gradient magnetic field;separation of oxygen and nitrogen:magnetic separation; oxygen enrich (C)1994-2021 China Academic Journal Electronic Publishing House.All rights reserved.http://www.cnki.ne

极限, 即饱和状态 .与之相比, 本文提出的新思路 装置不存在上述的问题, 而且结构简单.氧体积 分数的最大增量达到了 0.65 %, 分离效果比磁性 金属丝过滤器要好. 3 结论 ( 1) 实验表明, 本文提出的新思路是可行的. 根据新思路设计的实验装置结构简单, 可以实现 氧氮的连续分离, 而且可有效避免由于气体湍流、 分子的布朗运动及扩散作用所造成的氧氮再混合 . (2) 对于本文设计的装置, 在不同进出口流 量下, 磁场空间内氧体积分数增加最多的地方均 出现在距空气入口最远边界处 . ( 3) 在一定流量范围内( ≤60 mL·min -1 ), 进 出口空气流量比存在一个最佳值, 使磁场空间内 各处的氧体积分数增量达到最大;本文实验条件 下, 该值在 2.0 左右 . ( 4) 当进出口流量分别为 40 mL·min -1和 20 mL·min -1时, 出口气体的氧体积分数增量达到 0.65 %. 参 考 文 献 [ 1] 雅尔辛·T, 白秀梅.镍矿石的磁浮选.国外金属矿选矿, 2001( 9) :14 [ 2] 田琰, 刘若茜, 黄常纲, 等.高体度磁分离技术在废水处理 中的应用.磁性材料及器件, 2000, 31(2) :24 [ 3] 蓝惠霞, 颜幼平, 武秀文.高梯度磁分离技术在饮用水处 理中的研究与应用.煤矿环境保护, 2001, 15( 1) :17 [ 4] 陈松明, 颜幼平, 蓝惠霞.高梯度磁分离除尘的实验研究. 环境污染治理技术与设备, 2002, 3( 6) :57 [ 5] 蓝惠霞, 陈中豪, 颜幼平.高体度磁分离技术用于工业烟 气除尘的研究.冶金能源, 2004, 23( 1) :55 [ 6] Ueno S, Iwasaka M, Eguchi H, et al.Dynamics behavior of gas flow in gradient magnetic fields.IEEE Trans Magn, 1993, 29( 6) :3264 [ 7] Wakayama N I, Sugi e M .Magnetic promotion of combustion in diffusion flames.Phys B, 1996, 216( 3/ 4) :403 [ 8] Wakayama N I, Wakayama M .Magnetic acceleration of in￾haled and exhaled flow sin breathing .Jpn J Appl PhysPart 2, 2000, 39( 3A/ B) :L262 [ 9] S heibani H, Liu Y C, Sakai S, et al.The effect of applied magnetic field on the grow th mechanisms of liquid phase elec￾troepit axy .Int J Eng Sci, 2003, 41( 3-5) :401 [ 10] 朱重光.磁分制氧机理.淮北煤师院学报, 1997, 18( 1 ) : 22 [ 11] 张驰, 张兆庆.高梯度磁场氮氧分离技术探讨.磁性材料 及器件, 2003, 34( 3) :21 [ 12] 杨立军, 任建勋, 宋耀祖, 等.不同磁场布置对空气自然 对流的影响.太阳能学报, 2003, 24( 3) :413 [ 13] Ohara T, Ichida T, Ooura H, et al.Experiment on oxygen enrichment of air using superconducting high intensity mag￾netic field.Bull Electrotech Labo, 1984, 48( 12) :928 Experimental research on oxygen enrichment using gradient magnetic field CAI Jun 1) , WANG Li 1) , WU Ping 2) 1) Mechanical Engineering S chool, University of Sci ence and Technology Beijing, Beijing 100083, China 2) Applied Science S chool, University of S cience and Technology Beijing, Beijing 100083, China ABSTRACT A new method of oxygen enrichment from air by use of g radient magnetic fields w as intro￾duced .A magnetic space w ith open borders was formed by two opposite magnetic poles of tw o permanent magnets with certain distance .A field intensity g radient, w hich points at the interior of the magnetic space, existed near the borders .When oxy gen molecules in air outflowed via the borders, they w ould be fettered by the mag netizing force .So oxygen w as enriched in the mag netic space, especially at the far end aw ay from the air inlet .The most outstanding characteristic of this method w as to be able to effectively avoid the re-mixing caused by gas turbulence, Brow n motion and diffusion .Neodymium-iron-boron perma￾nent mag nets w ere adopted and the size w as 78 mm ×38 mm ×30 mm .The size of the formed magnetic space w as 78 mm ×38 mm ×1 mm .The experimental results showed that the highest o xygen volume frac￾tion in the magnetic space appeared at the farthest border apart from the air inlet .The airflow ratio of inlet to outlet had an optimal value( air inlet ≤60 mL·min -1 ) which made the highest oxygen volume fraction . Under the ex perimental conditions in this study , it should be about 2.0 .When the airflow s of inlet and outlet were up to 40 mL·min -1 and 20mL·min -1 , respectively, the increment of oxygen volume fraction at the outlet reached 0.65 %. KEY WORDS high g radient magnetic field ;separation of oxygen and nitrogen ;mag netic separation ; o xygen enrich Vol.28 No.11 蔡 军等:利用梯度磁场实现空气中氧气富集的实验研究 · 1063 ·