镁合金保温炉内温度场数值模拟

论文摘要

镁合金作为工业上应用广泛的轻金属材料,对它的需求越来越大。镁的熔炼作为保证镁产品内在质量的重要环节得到了普遍的重视。感应加热利用金属中涡流的焦耳热效应将金属加热,该方法具有效率高、控制精确、污染少、安全性好等特点,在工业生产中得到了广泛的引用。然而基于试验的传统设计方法耗时费力,并且成本高,随着对工艺与精度要求的不断提高,数值模拟技术在感应加热中的应用具有重要的意义。本文根据感应加热原理,研究感应加热过程磁一热耦合场的数值模拟计算,运用通用有限元分析软件ANSYS的耦合计算流程,对感应加热过程进行仿真。首先,介绍了课程的工程背景,国内外学者在感应加热数值模拟方面所做的研究工作,给出本文的研究背景、意义和主要研究内容。其次,利用有限元分析软件进行感应加热各种情况的分析和计算。不同电流密度、频率和不同的时间下电磁场、温度场的分布和变化规律。并选取合适的参数,对感应加热过程进行实例仿真,计算结果进行磁场和温度等多方面分析,说明其合理性。最后,在总结前期研究成果的基础上,提出了下阶段要继续开展的工作和需要解决的关键问题。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第1章 绪论
• 1.1 课题的工程背景
• 1.2 热源的选择
• 1.3 感应加热的原理及主要特点
• 1.4 感应加热技术的数值计算概述
• 1.5 感应加热数值模拟国内外的研究动态
• 1.6 本课题的研究方法和意义
• 1.6.1 课题的研究方法
• 1.6.2 本文的技术路线和工作
• 1.7 本章小结
• 第2章 感应加热电磁场有限元理论基础
• 2.1 引言
• 2.1.1 偏微分方程解法
• 2.2 电磁场有限元计算数学模型
• 2.2.1 Maxwell方程组及其分解
• 2.2.2 用磁矢量位法分析三维涡流场
• 2.2.3 材料随温度变化的非线性电磁场有限元解法
• 2.3 ANSYS软件中的电磁场（涡流场）分析简介
• 2.4 本章小结
• 第3章 感应加热温度场有限元理论基础
• 3.1 温度场有限元计算数学模型
• 3.1.1 热传导的数学模型
• 3.1.2 感应加热温度场分布的计算方法
• 3.1.3 材料随温度变化的非线性温度场有限元解法
• 3.2 ANSYS软件中的热分析简介
• 3.3 本章小结
• 第4章 在ANSYS软件上实现感应加热模拟
• 4.1 引言
• 4.2 模拟计算实现的基本过程及步骤
• 4.2.1 ANSYS软件的两种耦合分析方法
• 4.2.2 模拟计算实现的基本过程及步骤
• 4.2.3 材料物理参数变化的磁、热藕合模拟计算流程
• 4.3 模拟计算中材料物理参数的处理
• 4.4 加热过程中辐射和空气对流现象的处理
• 4.5 线圈与坩埚感生电流相互影响的处理
• 4.6 本章小结
• 第5章 感应加热模拟与结果分析
• 5.1 引言
• 5.2 电流密度Js的影响
• 5.3 电源频率f的影响
• 5.4 加热时间t的影响
• 5.5 本章小结
• 第6章 总结与展望
• 参考文献
• 致谢