行波感应加热中涡流场问题分析

论文摘要

电磁感应加热利用工件中涡流产生的焦耳热将工件加热，这种方法具有加热速度快、率高、控制精确、污染少等特点，在工业生产中具有广泛的应用前景。行波感应加热Traveling Wave Induction Heating，TWIH)除具有其他一些感应加热方式同样的优点外，能产生更均匀的温度分布，而且具有振动和工业噪音低、边缘效应好、加热均匀和三相载平衡、对电网影响小的显著优点，在加热非铁磁性带材时，因为电磁力的显著增加和热参数的变化，这一优点显得非常重要。简要介绍了感应加热技术的原理、特点、和发展现状，对行波磁场感应加热的基本原进行了说明，给出了二维和三维模型，并简要介绍了本课题的研究意义和主要研究内容。次，对电磁场数值计算有限元方法作了介绍，推导了感应加热工件内电磁场与涡流场分的理论公式以及涡流场方程的离散，建立了感应加热的有限元数学模型。介绍了ANSYS件中计算电磁场、涡流场的矢量磁位法，并介绍了感应加热技术的数值仿真方法。对行波感应加热二维模型进行合理简化，给出ANSYS中进行二维有限元分析的单元类，边界条件设置；根据行波磁场感应加热的特点，建立分析模型，确定了边界条件、网划分、材料特性等问题的处理方法。利用ANSYS软件对行波磁场感应加热进行二维研究，细计算分析了相同条件下行波感应加热系统与横向磁通感应加热系统中磁力线、磁感应度和涡流场以及功率密度的分布情况。此外，简要计算了在不同电源、不同气隙大小、同初级位置以及不同线圈结构下带材中的功率密度分布情况。以单线圈理论模型进行三维初步研究，推导线圈结构及其排布对带材中涡流分布的影；给出等效电路及ANSYS仿真模型，得出了影响涡流分布的初步规律。同时，对全文行总结，提出有待进一步研究和解决的问题。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• §1-1 引言
• §1-2 感应加热技术介绍
• 1-2-1 感应加热的性能和特点
• 1-2-2 感应加热原理
• §1-3 行波感应加热简述
• 1-3-1 行波感应加热特点
• 1-3-2 行波感应加热结构模型
• §1-4 课题研究意义
• §1-5 论文的研究内容
• 1-5-1 研究内容
• 1-5-2 研究涉及的关键技术
• 第二章 感应加热有限元法计算
• §2-1 有限元法的基本思想
• §2-2 感应加热有限元计算的物理基础
• 2-2-1 电磁场数值分析的基本方程
• 2-2-2 涡流基本方程的建立
• 2-2-3 涡流场边界条件的分析
• 2-2-4 涡流场方程的离散
• §2-3 矢量磁位法
• §2-4 感应加热技术的数值仿真
• §2-5 本章小结
• 第三章 行波感应加热二维涡流场有限元分析
• §3-1 二维数值模型的建立
• §3-2 ANSYS二维矢量单元分析
• §3-3 ANSYS边界条件设置
• 3-3-1 常见的边界条件
• 3-3-2 周期性边界条件
• 3-3-3 初始条件和交界面条件
• §3-4 ANSYS二维仿真模型
• 3-4-1 创建有限元模型
• 3-4-2 材料属性和单元类型
• §3-5 二维数值仿真结果
• 3-5-1 感应磁场二维结果分析
• 3-5-2 感应涡流场二维结果分析
• 3-5-3 功率密度比较分析
• §3-5 变化结构与参数设置二维仿真结果
• 3-5-1 改变气隙大小
• 3-5-2 改变电源频率
• 3-5-3 改变初级位置
• 3-5-4 改变线圈结构
• §3-6 本章小结
• 第四章 行波感应加热三维有限元初步分析
• §4-1 三维模型涡流分布规律初步分析
• 4-1-1 涡流分布规律理论分析
• 4-1-2 三维矢量单元
• 4-2-3 ANSYS建模与仿真
• §4-2本章小结
• 第五章 结论与展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间所取得的科研成果