Студопедия — Вступление. Индукционный нагрев это процесс, который использует электромагнитное поле переменного тока, чтобы вызвать высокую температуру в заготовке
Студопедия Главная Случайная страница Обратная связь

Разделы: Автомобили Астрономия Биология География Дом и сад Другие языки Другое Информатика История Культура Литература Логика Математика Медицина Металлургия Механика Образование Охрана труда Педагогика Политика Право Психология Религия Риторика Социология Спорт Строительство Технология Туризм Физика Философия Финансы Химия Черчение Экология Экономика Электроника

Вступление. Индукционный нагрев это процесс, который использует электромагнитное поле переменного тока, чтобы вызвать высокую температуру в заготовке







 

Индукционный нагрев это процесс, который использует электромагнитное поле переменного тока, чтобы вызвать высокую температуру в заготовке. Он был использован для нагрева электричеством деталей с начала 1930-х годов.

 

Промышленное применение технологии включает термическую обработку и плавления металла, выращивание монокристаллов, переработку полупроводниковых пластин, уплотнение и упаковку с высокой скоростью, и отверждение органических покрытий [1].


Если поле переменного тока находится в непосредственной близости от проводника, вихревые токи индуцируются в заготовке. Индуцированные вихревые токи выделяются в виде тепловой энергии, которая затем распределяется по всей заготовке. Потери на гистерезис также создают дополнительные источники тепловой энергии в магнитных материалах. Этот вид нагрева дополняет тот, что вызван вихревыми токами. Он обусловлен магнитным сопротивлением доменов в ферромагнитных материалах.

Индукционный нагрев представляет собой сложный процесс с участием как электромагнитных и тепловых явлений.

Электроэнергетика создавалась и развивалась при помощи электрических, магнитных и электромагнитных явлений, используемых для ее производства, передачи и трансформации в другие виды энергии.

Этот процесс описывается уравнением Максвелла для электромагнитных явлений. Численные методы в Электротермии начали использовать еще в начале 1960-х годов с МКР (метод конечных разностей) для определения температуры ферромагнитного цилиндра [3]. Положительные отзывы о численных методах в индукционном нагреве и продолжении плавления можно найти в Lavers [4]. В последнее время метод конечных элементов (МКЭ), представленный в этой статье широко используется во многих задачах, связанных с электронагревом, таких как индукционный нагрев. Численный расчет асинхронных процессов нагрева становится все более распространенным [5].

Многие исследования были проведены в отношении теоретической модели и численного моделирования индукционных нагревательных приборов. Enokizono и Tanabe [6] исследовали численный анализ магнитного поля при высокочастотном индукционном нагреве. Зависимость различных магнитных свойств от температуры была учтена. Необходимые характеристики были получены экспериментально. Sade-ghipour др.. [7] с использованием метода конечных элементов, исследовали создавшиеся мощность и плотность тока, и переходное распределение температуры во фланцевой трубке AISI1040 стали. Эрнст и др.. [8] представил новый и оригинальный электромагнитно-тепловой способ связи моделирования двумерных конечных элементов на основе Matlab, использованный для оптимизации процесса индукционного создания SiC кристалла. Арита и др.. [9] проанализировали результаты конечно-элементного анализа задачи высокочастотного индукционного нагрева с учетом температурной зависимости характеристик материала высокочастотных проблем индукционного нагрева с учетом температурная зависимость характеристик материала с использованием трехмерного конечно-элементного анализа для того, чтобы определить необходимую форму катушки индуктора. Cajner др.. [10] разработали программу моделирования для аксиально-симметричных деталей относительно измеренным значениям твердости поверхности и глубинной прочности. Кавагути и др.. [11] представили результаты анализа методом конечных элементов задач индукционного нагрева с учетом температурной зависимости характеристик материала. Недавно Цзян и др.. [12] предложил оптимальную модель для нагрева / охлаждения для достижения равномерного распределения температуры по радиусу цилиндра. Tibouche др.. [13] разработал программный продукт на базе метода конечных разностей пар с полу- аналитическим началом. Кранич др.. [14] исследовал характеристики процесса индукционного нагрева как численно так и экспериментально. Недавно, Бар - Глик [15 ] исследовал трехмерный анализ электромагнитных и температурных полей в поперечном сечении индуктора для тонких полос и сравнил результат с данными измерений.

 

Nomenclature t time, s
    T temperature, K
A magnetic vector potential, Wb m-1    
A outer area of steel workpiece, m2 Greek symbols
B magnetic flux density, T Dt time step size, s
cp specific heat, J kg-1 K-1 £ emissivity
E electric field intensity, V m-1 mm relative magnetic permeability
f frequency, Hz r density of workpiece, kg m-3
g gravitational acceleration, m s-2   electrical conductivity, U-1 m-1
H magnetic field intensity, A m-1 S Stefan—Boltzmann constant, W m-2 K-4
Js excitation current density, A m-2 u angular frequency, rad s-1
j complex number (\f-1)    
k thermal conductivity, W m-1 K-1 Subscripts
L length of workpiece, mm   ambient
n normal direction eddy eddy current
qed dy heat power by eddy currents in the workpiece, W m-3 i inner
qs energy losses by radiation, W o outer
r, q, z cylindrical coordinates, m, rad, m s surface

Большинство теоретических моделей с численными методами, сохданных раньше, применяются до сих пор, за исключением случаев применения их в системах стационарной индуктивности высокой частоты. Кроме того, эти исследования нельзя применить для получения хороших результатов, близких к экспериментальным, так как индукционный нагрев имеет свой недостаток - присущий ему неравномерный нагрев из-за поверхностного и концевого эффекта, а так же эффекта поперечной кромки. Эффекты с подвижными проводниками и катушками имеют большое влияние когда проводник движется относительно катушки и выходит из нее после нагрева. Это вызвано высоким градиентом магнитного поля в этой области, что может привести к большой погрешности в предварительных расчетах распределения температуры заготовок. Таким образом, в данной работе, способ с использованием коммерческого пакета, ANSYS [16], использован для анализа одномерных и двумерных задач индукционного нагрева.

Основная цель этой работы – описать связанную более точную математическую модель для системы индукционного нагрева, принимая во внимание динамический эффект движущихся деталей, для получения более точных результатов, чем те, что были получены в предыдущих работах по исследованию электромагнитных полей и температурного распределения в заготовках.

2. Математическая модель

 

 

Мы решаем задачи тепловую и вихревых токов, чтобы смоделировать систему индукционного нагрева, которая используется для производства бесшовных труб и обычно состоит из четырех частей:№ 1 через № 3 катушки и камера между ними, как показано на рис. 1. Будем считать, что части нагрева (№ 1 через № 3 катушки и часть разрыва, в том числе в области воздуха между, до и после катушек),кроме удерживающей камеры, имеют осевую симметрию. Для простоты мы опишем только модель, состоящую из заготовки, катушки, и воздуха в расчетной области, как показано на Рис. 2.
Мы считаем, что свойства материалов, используемых в данном расчете, т.е. относительную магнитную проницаемость, удельное сопротивление, теплопроводность, плотность и теплоемкость могут зависеть от температуры.
Модель этого анализа использует косвенный метод, в котором обе - электромагнитная и тепловая задачи решаются отдельно. В связи с различными постоянными времени в электромагнитной и тепловой задаче, задача вихревых токов решается в один период, а тепловая задача решается как нестационарная.







Дата добавления: 2015-09-04; просмотров: 302. Нарушение авторских прав; Мы поможем в написании вашей работы!



Кардиналистский и ординалистский подходы Кардиналистский (количественный подход) к анализу полезности основан на представлении о возможности измерения различных благ в условных единицах полезности...

Обзор компонентов Multisim Компоненты – это основа любой схемы, это все элементы, из которых она состоит. Multisim оперирует с двумя категориями...

Композиция из абстрактных геометрических фигур Данная композиция состоит из линий, штриховки, абстрактных геометрических форм...

Важнейшие способы обработки и анализа рядов динамики Не во всех случаях эмпирические данные рядов динамики позволяют определить тенденцию изменения явления во времени...

Характерные черты немецкой классической философии 1. Особое понимание роли философии в истории человечества, в развитии мировой культуры. Классические немецкие философы полагали, что философия призвана быть критической совестью культуры, «душой» культуры. 2. Исследовались не только человеческая...

Обзор компонентов Multisim Компоненты – это основа любой схемы, это все элементы, из которых она состоит...

Кран машиниста усл. № 394 – назначение и устройство Кран машиниста условный номер 394 предназначен для управления тормозами поезда...

СПИД: морально-этические проблемы Среди тысяч заболеваний совершенно особое, даже исключительное, место занимает ВИЧ-инфекция...

Понятие массовых мероприятий, их виды Под массовыми мероприятиями следует понимать совокупность действий или явлений социальной жизни с участием большого количества граждан...

Тактика действий нарядов полиции по предупреждению и пресечению правонарушений при проведении массовых мероприятий К особенностям проведения массовых мероприятий и факторам, влияющим на охрану общественного порядка и обеспечение общественной безопасности, можно отнести значительное количество субъектов, принимающих участие в их подготовке и проведении...

Studopedia.info - Студопедия - 2014-2024 год . (0.011 сек.) русская версия | украинская версия