發(fā)布時間：2020-11-07 16:18

　　 感應加熱的熱源是感應渦流的焦耳熱,具有速度快、效率高、控制精確、均勻性好、污染少等優(yōu)點,因而在工業(yè)生產(chǎn)中得到了廣泛應用。利用電磁感應加熱工藝可對連鑄坯進行在線加熱,可以在連鑄坯溫度尚未大幅下降之前進行溫度補償,使鑄坯滿足軋制需求。連鑄坯感應加熱過程的關鍵問題是如何設置感應加熱參數(shù)。用實驗的方法耗時費力、成本高,而且內(nèi)部的溫度很難測得。因此,數(shù)值模擬技術對于感應加熱系統(tǒng)的設計和研究具有重要意義。本文以麥克斯韋微分方程組為基礎,推導出了連鑄方坯感應加熱電磁場微分控制方程,進一步推導出不同介質(感應線圈、空氣和連鑄坯)區(qū)域的電磁場微分控制方程和渦流分布表達式。以能量守恒定律和傅里葉定律為基礎,推導出瞬態(tài)溫度場微分控制方程。本文對感應加熱問題進行了描述和簡化,應用ANSYS軟件對連鑄方坯感應加熱溫度場和渦流分布進行了模擬,主要包括實體建模、分析單元的選取、有限元網(wǎng)格劃分、邊界條件的定義和載荷的施加等,并對計算結果進行了分析。利用現(xiàn)有的實驗條件對溫度場計算結果進行了驗證。結果表明,實測值和模擬值吻合良好。將通過現(xiàn)有的理論公式得到的渦流分布和數(shù)值模擬得到的渦流分布進行了對比,兩條曲線基本吻合。最后,通過對比不同感應線圈電參數(shù)電流、頻率,線圈匝數(shù),鑄坯的初始溫度對連鑄方坯橫截面溫度分布的影響,得到如下結論:(1)隨著頻率的增大,鑄坯內(nèi)部部分區(qū)域溫度會降低,但鑄坯邊部溫度升高,使得溫度分布不均勻性增加;(2)增大感應線圈的電流不能改變連鑄坯的整體溫度分布趨勢,但能夠使鑄坯整體溫度升高,即升溫速率加快;(3)初始溫度的分布會對鑄坯橫斷面的溫度分布有重大影響,在較低溫度下熱量會更加趨于邊部;(4)增加線圈匝數(shù)同增大電流強度有相似規(guī)律;(5)連鑄時結晶器可在允許范圍內(nèi)取較大圓角,這樣可以減少散熱,也可以使感應加熱后鑄坯橫斷面溫度分布更加均勻。
【學位單位】：西安建筑科技大學
【學位級別】：碩士
【學位年份】：2015
【中圖分類】：TF777.2
【文章目錄】：
摘要
Abstract
1. 緒論
    1.1 課題提出的背景及意義
    1.2 連鑄坯熱裝熱送與連鑄直軋技術
        1.2.1 連鑄坯熱裝熱送與直接軋制技術國內(nèi)外狀況
        1.2.2 熱裝熱送和連鑄直軋技術優(yōu)勢
    1.3 感應加熱技術
        1.3.1 感應加熱技術基本原理
        1.3.2 感應加熱技術的優(yōu)點
        1.3.3 感應加熱技術的用途
    1.4 感應加熱數(shù)值模擬技術國內(nèi)外狀況
    1.5 課題研究內(nèi)容
2. 連鑄方坯感應加熱有限元數(shù)值分析模型
    2.1 感應加熱電磁場微分方程的建立
    2.2 感應加熱溫度場微分方程的建立
    2.3 小結
3. 基于ANSYS的磁-熱耦合場計算
    3.1 感應加熱問題的描述和簡化
    3.2 計算方法的選擇
    3.3 數(shù)值模擬計算的基本過程
        3.3.1 建立屬性關系
        3.3.2 模型的建立及網(wǎng)格劃分
        3.3.3 物理環(huán)境文件的生成
        3.3.4 求解計算
        3.3.5 結果后處理
    3.4 感應加熱關鍵問題的處理
        3.4.1 輻射換熱的處理
        3.4.2 軸向熱傳導的處理
        3.4.3 工件移動的影響及處理
        3.4.4 材料物性參數(shù)為變量的處理
        3.4.5 初始溫度場的確定
    3.5 有限元計算模型的建立
        3.5.1 實體建模
        3.5.2 分析單元的選取
        3.5.3 有限元網(wǎng)格劃分
        3.5.4 邊界條件和載荷
        3.5.5 初始條件
    3.6 模擬結果及分析
        3.6.1 溫度場模擬結果及分析
        3.6.2 電磁場模擬結果及分析
    3.7 小結
4. 計算結果驗證
    4.1 溫度場模擬結果驗證
        4.1.1 電源的選用
        4.1.2 感應加熱爐
        4.1.3 溫度測試設備：紅外線測溫儀
        4.1.4 結果驗證
    4.2 渦流分布規(guī)律對比
    4.3 小結
5. 感應加熱溫度場影響因素分析
    5.1 頻率變化對溫度分布的影響
    5.2 電流變化對溫度分布的影響
    5.3 初始溫度不同對溫度分布的影響
    5.4 感應線圈匝數(shù)對溫度分布的影響
    5.5 倒圓角對溫度分布的影響
    5.6 小結
6. 總結
致謝
參考文獻
在校期間研究成果

【相似文獻】

相關期刊論文 前10條

1 ;俄羅斯將舉辦國際感應加熱學術交流會[J];金屬熱處理;2009年04期

2 田文華;;推動感應加熱應用 促進行業(yè)技術進步[J];金屬加工(熱加工);2011年13期

3 牟俊茂;劉光信;張明;;大功率鍛造感應加熱系統(tǒng)的設計與應用[J];金屬加工(熱加工);2012年21期

4 湯景明;感應加熱與節(jié)能[J];電工技術雜志;1982年02期

5 伊占坤;;金相法測定感應加熱鋼的臨界點[J];冶金分析與測試(冶金物理測試分冊);1985年01期

6 吉德寶;;感應加熱操作工的好助手[J];金屬熱處理;1986年11期

7 蒲衛(wèi)華;感應加熱發(fā)展簡史(英)[J];電爐;1987年03期

8 張湘濱;脈沖式節(jié)能感應加熱爐[J];電爐;1988年02期

9 戚宗剛,柳鵬,陳輝明;感應加熱調功方式的探討[J];金屬熱處理;2003年07期

10 Fabien Marquis;;熱處理的高端感應加熱方案[J];機械工人;2006年09期

相關博士學位論文 前7條

1 于建英;橡塑類機械內(nèi)置式雙邊電磁感應加熱關鍵技術研究[D];沈陽工業(yè)大學;2015年

2 楊曉光;橫向磁通感應加熱及其優(yōu)化問題的研究[D];河北工業(yè)大學;2004年

3 龐玲玲;行波感應加熱問題的研究及粒子群算法的改進[D];河北工業(yè)大學;2011年

4 趙前哲;鋼棒生產(chǎn)線感應加熱過程的數(shù)值模擬及實驗研究[D];華北電力大學;2013年

5 陳明祥;基于感應加熱的MEMS封裝技術與應用研究[D];華中科技大學;2006年

6 劉文明;感應局部加熱封裝技術及其應用研究[D];華中科技大學;2010年

7 劉浩;連鑄直軋電磁感應補償加熱過程數(shù)值模擬技術的研究與開發(fā)[D];華中科技大學;2007年

相關碩士學位論文 前10條

1 陳芳芳;注塑機料筒電磁感應加熱實驗研究與數(shù)值模擬[D];西安工業(yè)大學;2015年

2 羅穆峰;同步器齒套感應加熱仿真分析及其電源設計[D];江西理工大學;2015年

3 薛子文;感應加熱制備太陽能級鑄造準單晶硅生長機理研究[D];寧夏大學;2015年

4 陳誠;鋼板移動式感應加熱水火彎板工藝的研究[D];大連理工大學;2015年

5 楊雪;中頻感應加熱場路耦合的研究[D];河北工業(yè)大學;2015年

6 陳芳;基于IGBT的20kW電磁感應加熱設備的研究[D];電子科技大學;2015年

7 鄧艷波;電磁感應加熱控制電路的設計與實現(xiàn)[D];電子科技大學;2015年

8 徐昱;三維移動式感應加熱彎板成形有限元模擬研究[D];重慶交通大學;2015年

9 許道玉;鈦及鈦合金錠感應加熱控制系統(tǒng)的應用研究[D];西安石油大學;2015年

10 陳利斯;船用柴油機半組合式曲軸紅套工藝的研究與設計[D];青島理工大學;2015年

本文編號：2874181