传统基于周期性永磁体的电磁超声换能器结构较复杂, 为此该文提出了一种由单一永磁体和导线阵列线圈构成的电磁超声换能器（EMAT）用于激发板中的SH0导波。首先叙述了设计的原理, 并采用有限元软件进行三维数值仿真分析, 利用水平极化永磁体垂直于板面的磁场在铝板中成功激发出SH0导波。为使EMAT换能效率达到最优, 研究长和宽为10 mm×25 mm的永磁体, 其高度及线圈匝数不同时EMAT激励的效率。仿真结果表明, 选用永磁体高度为25 mm及线圈匝数为37时EMAT换能效率和声场指向性较好。在此基础上, 通过实验研究了不同线圈匝数对换能器换能效率的影响, 实验结果与仿真结果一致, 充分验证了该文设计EMAT的方法具有可行性。

为研究电磁场对激光再制造V型槽中孔隙调控的影响,在激光再制造过程中同时耦合稳态的磁场与电场,以产生定向洛伦兹力;通过激光再制造实验研究了激光功率与电磁场参数对V型槽内孔隙率的调控规律,实验结果显示:当激光功率小于1400 W时,V型槽底部界面结合处易产生熔合不良现象,并且修复区内存在大量气孔;随着磁感应强度增大,V型槽底部熔合不良现象得到了有效调控,修复区内的孔隙率逐渐降低;当磁感应强度为1200 mT时,修复区的孔隙率降至0.006%,修复区内几乎无气孔与熔合不良缺陷。稳态磁场与稳态电场所提供的向下的洛伦兹力驱使金属熔体向下填充,并使气泡受电磁挤压力的作用而加速逸出,最终获得了致密的修复区。

对激光熔注过程进行了多物理场仿真, 分析了电磁复合场参数对熔池内部流场、温度场和颗粒分布的影响规律, 并通过实验进行了验证。结果表明, 电磁复合场的施加可抑制熔池流速, 但对其温度场的分布无明显影响。当施加与重力同向的定向洛伦兹力时, 大部分增强颗粒集中在熔注层上层区域; 反之, 大部分增强颗粒集中在下层区域。

采用稳态磁场和电场耦合形成定向洛伦兹力，基于多物理场耦合原理及网格变形法建立了定向洛伦兹力作用下的熔池模型，采用离散元法模拟了熔池内的气泡运动过程。与熔覆工艺条件相同但未施加外场时比较，结果显示，定向洛伦兹力具有优异的气孔调控能力。当洛伦兹力向上时，熔池的最高流速被抑制了62.5%，气泡运动方向向下偏转，熔覆层的气孔明显增多; 当洛伦兹力向下时，熔池的最高流速被抑制了25%，但气泡因所受浮力增大而逸出加速，熔覆层无气孔。仿真结果与实验结果吻合良好，验证了仿真模型的可靠性。

针对磁悬浮陀螺飞轮用显式洛伦兹力磁轴承气隙磁密均匀性差的问题，提出了一种磁钢内置的隐式洛伦兹力磁轴承，并采用三维有限元法对两种方案的气隙磁密进行比较分析。隐式方案的气隙磁密在周向和纵向的变化率分别为0.8%和8.4%，远优于显式方案的15.0%和23.7%。利用磁场分割法对隐式方案的磁阻进行了区域分割，采用积分法精确计算各区域磁阻，建立了磁轴承磁路数学模型，得到了影响偏转电流刚度的关键结构参数，并基于有限元法对隐式方案形状及结构参数进行详细优化。结果表明，在不恶化气隙磁密变化率的前提下，优化前后绕组区域的最大磁密和最小磁密分别从0.404 T和0.368 T增加至0.464 T和0.427 T，增幅为14.6%和16.0%。根据优化结果研制了一台隐式洛伦兹力磁轴承，并进行了气隙磁密和偏转电流刚度实验测试，测试结果与设计结果相符，对洛伦兹力磁轴承的设计具有重要意义。

北京大学正在设计β=0.09, 频率为162.5 MHz taper型的二分之一波长射频超导谐振腔(HWR腔),这种腔针对高流强质子束(约100 mA)和氘束(约50 mA)的加速而设计。对于这种超导腔而言机械性能分析是十分重要的,可以通过机械性能分析来估计由于腔体的形变带来的频率偏移。用ANSYS分析了由于液氦压力不稳定造成的麦克风效应以及洛伦兹力造成的腔体失谐,并且对沿腔体轴线方向的调谐进行了分析。模拟结果显示这只腔压力敏感系数为31.1 Hz/kPa,洛伦兹力系数为-0.41 Hz/(MV·m-1)2。 腔体的调谐范围达到±177 kHz,足够补偿腔体可能的频率偏移。腔体的机械性能满足腔体正常运行的要求。

通过耦合迭代求解流体力学方程和电磁场方程，数值模拟了转移式自由燃烧电弧和具有细长中间段及突扩阳极结构的壁稳式非转移直流电弧的流场，分析了洛伦兹力对这两种典型直流电弧流场的影响。结果显示：在自由燃烧电弧情况下，电流自感磁场的洛伦兹力对流场特性有显著影响，自磁压缩是约束电弧的主要机制；而在壁稳式非转移直流电弧情况下，相对于强壁面约束和气动力作用而言，洛伦兹力对流场的影响有限。特别在中间段出口以后，洛伦兹力与气动力的比值小于0.010，因此，当主要考虑壁稳式非转移直流电弧发生器出口参数时，为了提高数值模拟效率，可忽略洛伦兹力的作用。