本文關鍵詞：三維渦流—溫度耦合場的有限元分析與應用

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【摘要】：工程中三維渦流·溫度耦合場的分析一直是個復雜問題,隨著有限元分析方法在工程問題中得到廣泛應用,本文以1300W感應加熱電飯煲為應用對象,利用有限元分析方法對其三維渦流-溫度耦合場進行了研究,內容包括樣機渦流場分析、渦流場、溫度場耦合過程分析及溫度場分析、結構優(yōu)化設計、集膚效應的計算以及漏磁的計算等。首先在麥克斯韋方程組的基礎上建立了適合感應加熱過程中渦流場、溫度場求解的數(shù)學模型及其邊界條件。接著,對樣機的結構和原理進行了分析,在Ansoft軟件中,建立樣機三維渦流場有限元模型,詳細分析了樣機中磁密分布、電渦流分布、渦流功率分布。然后對樣機進行參數(shù)化分析,計算比較了各個結構參數(shù)對樣機性能所產生的影響。隨后,針對高頻加熱中存在的集膚效應問題,采用理論計算與有限元分析兩種方法,驗證了有限元分析方法的正確性。以渦流場計算結果為載荷,利用Ansoft軟件與Ansys workbench軟件耦合仿真,實現(xiàn)渦流場和溫度場的耦合。通過將溫度場計算結果與測試數(shù)據(jù)比較,驗證了耦合仿真的準確性。最后,根據(jù)電磁場基礎理論,對樣機的磁條結構進行了優(yōu)化設計,計算比較了新結構樣機的渦流輸出功率和效率值。針對感應加熱電飯煲存在的輻射問題,對其外部的漏磁大小進行了計算。同時還對磁條的飽和程度進行了分析計算。通過有限元法對感應加熱系統(tǒng)中三維渦流-溫度耦合場的仿真分析,為其他工程問題中的渦流場、溫度場的計算分析提供了參考。
【關鍵詞】：有限元法 渦流場 溫度場 感應加熱電飯煲 磁條
【學位授予單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM924.01
【目錄】：

• 致謝7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-15
• 第一章 緒論15-21
• 1.1 有限元法及其工程應用的概述15-16
• 1.2 本文研究的課題背景及其意義16-19
• 1.2.1 感應加熱電飯煲的發(fā)展現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢16-18
• 1.2.2 感應加熱原理分析18-19
• 1.3 本文完成的主要工作內容19-21
• 第二章 感應加熱有限元計算的物理基礎21-34
• 2.1 渦流場有限元數(shù)學模型21-28
• 2.1.1 A,Φ-A法來表述三維渦流場數(shù)學模型21-25
• 2.1.2 矢量電位和標量磁位T,ψ-ψ法25-27
• 2.1.3 邊界條件27-28
• 2.2 溫度場有限元數(shù)學模型28-33
• 2.2.1 熱傳導的數(shù)學模型29-30
• 2.2.2 邊界條件30-31
• 2.2.3 感應加熱溫度場分布的計算方法31-33
• 2.3 小結33-34
• 第三章 感應加熱電飯煲渦流場仿真實例34-49
• 3.1 樣機參數(shù)34-36
• 3.2 材料屬性36-37
• 3.3 感應加熱電飯煲測試試驗37-40
• 3.3.1 樣機工作時的加熱方式38-39
• 3.3.2 線圈兩端的電壓、電流值39-40
• 3.4 感應加熱渦流場的分析40-46
• 3.4.1 導體中渦流場分析40-43
• 3.4.2 相關參數(shù)對渦流輸出功率的影響43-46
• 3.5 導體集膚效應與透入深度的計算46-48
• 3.5.1 理論計算46-47
• 3.5.2 仿真計算47-48
• 3.6 小結48-49
• 第四章 渦流場、溫度場耦合仿真分析49-58
• 4.1 網(wǎng)格劃分及物性參數(shù)49-50
• 4.2 鍋體的溫度分布50-53
• 4.3 水的溫度分布53-56
• 4.4 多級線圈加熱的渦流場分布56-57
• 4.5 小結57-58
• 第五章 高功率感應加熱電飯煲設計58-69
• 5.1 感應加熱系統(tǒng)的效率計算58-59
• 5.1.1 熱傳導過程58
• 5.1.2 輻射傳熱過程58-59
• 5.1.3 對流傳熱過程59
• 5.1.4 感應加熱系統(tǒng)本身的熱量損耗59
• 5.2 感應加熱電飯煲的結構優(yōu)化59-64
• 5.2.1 導體中磁密的分析與計算59-61
• 5.2.2 新型結構樣機的性能分析61-64
• 5.2.3 對控制電路的屏蔽保護64
• 5.3 磁場泄露分析64-67
• 5.4 鐵氧體磁條的磁密飽和程度67-68
• 5.5 小結68-69
• 第六章 總結與展望69-71
• 參考文獻71-74
• 攻讀碩士學位期間的學術活動及成果情況74

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本文編號：623010