隨著擠壓鋁合金廣泛的應用以及環(huán)境友好型社會的建立,對鋁合金材料進行更節(jié)能環(huán)保的預熱,獲得業(yè)內(nèi)持續(xù)不斷的研究。電磁感應加熱通過電磁感應現(xiàn)象將電能轉(zhuǎn)化為能,是一種很環(huán)保的加熱方法,但是在加熱鋁合金這種電阻率與磁導率較小的非鐵磁性材料時,由于感應線圈產(chǎn)生的熱量明顯增多,導致加熱效率變低。因此,直流感應加熱技術(shù)應運而生。本文以一種直流感應加熱裝置為背景,對其進行了等效磁路建模、磁場與溫度場的有限元耦合數(shù)學建模、參數(shù)對感應加熱影響分析、熱效率分析等。主要工作內(nèi)容如下:首先,根據(jù)直流感應加熱原理完成了永磁感應加熱裝置的整體設計,并建立該永磁感應加熱裝置的等效磁路模型,進而由加熱原理及等效磁路模型確定了影響該裝置加熱效果的相關(guān)參數(shù)。然后,根據(jù)麥克斯韋方程推導出鋁棒內(nèi)部渦流場的控制方程,選取COMSOL軟件作為本文仿真工具,采用分離法對磁場與溫度場進行耦合分析。其次,利用有限元軟件建立了永磁感應加熱裝置磁場與溫度場的耦合模型,分別對鋁棒磁感應強度分布、渦流分布、渦流輸出功率以及最后鋁棒內(nèi)部溫度場分布進行了仿真分析和結(jié)果分析。有限元仿真結(jié)果表明永磁體外徑尺寸越大,渦流輸出功率越大;永磁體厚度對渦流輸出功... 

【文章來源】：東南大學江蘇省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校

【文章頁數(shù)】：90 頁

【學位級別】：碩士

【部分圖文】：

Hiltunen式直流感應加熱模型圖

第一章緒論7圖1-4Hiltunen式直流感應加熱模型圖圣彼得堡國立電子技術(shù)大學的MarinaZlobina[7]通過數(shù)值模擬的方法建立電磁-熱耦合模型。先利用二維模型研究了超導線圈中通入的電流以及鋁棒轉(zhuǎn)速等參數(shù)對加熱功率的影響，計算了鋁棒截面的磁通密度、焦耳熱密度和溫度分布。并且發(fā)現(xiàn)隨著轉(zhuǎn)速的提高鋁棒表面的磁感應強度降低。然后研究了三維模型下加熱裝置的設計對鋁棒溫度梯度分布的影響。圖1-5為其直流感應加熱的模型圖。圖1-5MarinaZlobina式直流感應加熱模型圖意大利博洛尼亞大學的MassimoFabbri[8]利用有限元數(shù)值方法計算了不同轉(zhuǎn)速、不同磁感應強度對鋁棒溫度分布影響，并對比了均勻磁場分布與非均勻磁場分布兩種情況下，鋁棒內(nèi)溫度場及發(fā)熱功率密度的分布情況。通過對比，最終選擇了在高磁場，低轉(zhuǎn)速的加熱工藝。為了彌補鋁棒兩端加熱功率的不足，最后優(yōu)化了超導線圈的設計，將兩個超導線圈采用馬鞍形形狀對開分布，其加熱裝置最終的優(yōu)化如圖1-6所示。

第一章緒論8圖1-6MassimoFabbri式直流感應加熱模型圖阿爾及利亞胡阿裏·布邁丁科技大學的HakimBensaidane[9]采用了一種新型的加熱方式，其加熱裝置是由超導線圈組成，而磁通量的變化是通過線圈中的鋁棒沿線圈軸向緩慢移動實現(xiàn)的。由于采用了較低的移動速度和較強的磁場，使得鋁棒的集膚深度很大，有利于均勻的溫度分布。其通過建立二維磁場模型，對鋁棒內(nèi)部電流和感應加熱功率進行計算，并研究不同參數(shù)對加熱功率影響。通過對溫度場模型求解，證明該種設計使得鋁棒內(nèi)部溫度分布足夠均勻。其二維模型圖如圖1-7所示。圖1-7HakimBensaidane式直流感應加熱模型圖來自上海交通大學的Y.Wang[10][11][12][13]設計了一種直流感應加熱樣機，其磁場雖然由超導線圈產(chǎn)生，然而鋁棒所承接的磁場卻是經(jīng)由鐵芯傳導而來。通過鐵芯可以增強和引導磁場，減少漏磁，為旋轉(zhuǎn)加熱鋁棒提供更合適的磁場環(huán)境。此外鐵芯將超導線圈與鋁棒分開，大大簡化了加熱裝置的設計和制造流程。其通過數(shù)值模擬方法，建立電磁模型與加熱模型，然后對兩個模型進行耦合，比較不同磁感應強度與不同轉(zhuǎn)速對加熱過程的影響，最后將模擬結(jié)果與實驗結(jié)果進行對比，驗證模型正確性。該方案

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3276400