端部感應(yīng)加熱是一種利用感應(yīng)渦流實(shí)現(xiàn)坯料端部升溫的環(huán)保型加熱方式,具有能耗少、效率高、無污染和控制精準(zhǔn)等優(yōu)點(diǎn),在金屬加熱工藝生產(chǎn)中廣泛應(yīng)用。在感應(yīng)加熱過程中,端部效應(yīng)使得坯料端部位置易聚磁感線,造成端部感應(yīng)電流密度較大,過大的心表溫差容易引起過燒現(xiàn)象。本文基于電磁感應(yīng)加熱原理,以控制優(yōu)化坯料端部心表溫差為核心,結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際的要求,開展了基于感應(yīng)線圈加載電流隨坯料溫度變化的端部感應(yīng)加熱磁-熱耦合的數(shù)值模擬研究。主要研究內(nèi)容有:（1）闡述了電磁感應(yīng)加熱中的的集膚效應(yīng)、鄰近效應(yīng)、圓環(huán)效應(yīng)和端部效應(yīng)四大基本理論,分析了感應(yīng)加熱中的集膚層深度與能量損失。針對(duì)坯料溫升引起加熱系統(tǒng)電阻和阻抗改變的特點(diǎn),分析了感應(yīng)加熱過程中電阻和阻抗的變化規(guī)律。為提高磁-熱耦合數(shù)值模擬的精度,提出了一種感應(yīng)線圈加載電流隨坯料溫度變化的磁熱耦合數(shù)值仿真方法,該方法通過編寫APDL語言在ANSYS仿真環(huán)境得以實(shí)現(xiàn)。（2）分析了坯料端部感應(yīng)加熱磁場和溫度場的特性。運(yùn)用電流隨坯料溫度變化的數(shù)值仿真方法,獲得了感應(yīng)加熱結(jié)束后磁力線在坯料端面集聚的分布規(guī)律;分析了加熱過程中坯料中心和表面溫度隨時(shí)間的變化規(guī)律,以及坯料各個(gè)特定位置上... 

【文章來源】：浙江工業(yè)大學(xué)浙江省

【文章頁數(shù)】：108 頁

【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

感應(yīng)加熱示意圖

坯料端部感應(yīng)加熱磁場/溫度場特性分析11第二章感應(yīng)加熱理論2.1引言感應(yīng)加熱是由一種集電磁場和溫度場相互影響、相互耦合復(fù)雜多物理場的工藝技術(shù)。端部感應(yīng)加熱過程中的溫度場產(chǎn)生機(jī)理區(qū)別于一般熱傳導(dǎo)過程，它是在通交流電感應(yīng)線圈的電磁場影響下，使得坯料端部表面產(chǎn)生感生渦流，進(jìn)而實(shí)現(xiàn)坯料的透熱和傳熱，因此，在進(jìn)行端部感應(yīng)加熱數(shù)值模擬前，需要了解電磁場和溫度場的基本理論和數(shù)學(xué)模型。本章闡述了感應(yīng)加熱所所涉及的集膚效應(yīng)、鄰近效應(yīng)、圓環(huán)效應(yīng)和端部效應(yīng)四大基本理論，推導(dǎo)了集膚效應(yīng)分布情況和能量損失的理論公式，并根據(jù)邊界條件得出了電磁場和溫度場的基本數(shù)學(xué)模型。2.2感應(yīng)加熱基本原理2.2.1電磁感應(yīng)和渦流發(fā)熱感應(yīng)加熱的實(shí)質(zhì)是利用法拉第電磁感應(yīng)原理使通電導(dǎo)體內(nèi)部產(chǎn)生電渦流，從而達(dá)到加熱坯料的電加熱，其加熱基本原理如圖2-1所示。被加熱的坯料放置于感應(yīng)線圈中，向線圈通入一定頻率的交變電流后，感應(yīng)線圈自身就會(huì)產(chǎn)生交變磁場，受交變磁場的影響金屬坯料會(huì)因?yàn)榍懈畲帕�形成電勢差，從而在坯料內(nèi)部產(chǎn)生感應(yīng)電流（也叫做傅科電流）。又由于金屬坯料自身存在電阻，電渦流流經(jīng)圖2-1電磁感應(yīng)加熱基本原理圖Figure2-1.Basicschematicdiagramofelectromagneticinductionheating加熱電源交變磁場感應(yīng)線圈坯料交流電

坯料端部感應(yīng)加熱磁場/溫度場特性分析13此時(shí)最大電流密度出現(xiàn)在坯料內(nèi)部，并沿著中心軸線方向逐漸移動(dòng)從而加熱整個(gè)坯料。運(yùn)用均勻磁場仿真方法，對(duì)直徑為65mm的圓棒料進(jìn)行持續(xù)164.4s時(shí)長的感應(yīng)加熱數(shù)值模擬，最終溫度結(jié)果得到圖2-2和圖2-3，可以發(fā)現(xiàn)棒料的最高溫度出現(xiàn)在次表層，這就是一種典型的集膚現(xiàn)象，所以說在電磁感應(yīng)加熱過程中，集膚效應(yīng)對(duì)坯料感應(yīng)渦流和磁場強(qiáng)度有著重要影響。在進(jìn)行感應(yīng)加熱理論推導(dǎo)時(shí)，為了方便公式推導(dǎo)計(jì)算，考慮選用實(shí)際生產(chǎn)中應(yīng)用較多的長圓柱形坯料，并忽略邊緣效應(yīng)，假設(shè)各介質(zhì)均勻、各向同性，且磁場強(qiáng)度為時(shí)間的諧波函數(shù)。根據(jù)上述假設(shè)，忽略位移電流的影響后，安培環(huán)路定律可以做一些簡化：H(r)=J?(2-3)xxyzxyzxyzxxx=++=++(2-4)式中，H(r)W——磁場強(qiáng)度矢量，安培每米（A/m）；Jì——電流密度矢量，安培每平方米（A/m2）；——微分算子，(2-4)為其在直角坐標(biāo)系中的表達(dá)形式；xX…、yX_、z——單位矢量。法拉第電磁感應(yīng)定律的微分形式說明了電場的渦旋源是磁通密度的時(shí)間變化率，它的表達(dá)形式為：()BErt=(2-5)式中，E(r)——電場強(qiáng)度矢量，伏特每平方米（V/m2）。又因?yàn)椋簣D2-2坯料截面溫度云圖Figure2-2.Blanksectiontemperaturecloudmapcloudmapworkpiece圖2-3坯料溫度沿徑向分布情況Figure2-3.Theradialtemperaturedistributionofthebilletcloudmapworkpiece


本文編號(hào)：3360959