。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