隨著擠壓鋁合金廣泛的應(yīng)用以及環(huán)境友好型社會(huì)的建立,對(duì)鋁合金材料進(jìn)行更節(jié)能環(huán)保的預(yù)熱,獲得業(yè)內(nèi)持續(xù)不斷的研究。電磁感應(yīng)加熱通過(guò)電磁感應(yīng)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(dǎo)率較小的非鐵磁性材料時(shí),由于感應(yīng)線(xiàn)圈產(chǎn)生的熱量明顯增多,導(dǎo)致加熱效率變低。因此,直流感應(yīng)加熱技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。本文以一種直流感應(yīng)加熱裝置為背景,對(duì)其進(jìn)行了等效磁路建模、磁場(chǎng)與溫度場(chǎng)的有限元耦合數(shù)學(xué)建模、參數(shù)對(duì)感應(yīng)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(yīng)加熱原理完成了永磁感應(yīng)加熱裝置的整體設(shè)計(jì),并建立該永磁感應(yīng)加熱裝置的等效磁路模型,進(jìn)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(dǎo)出鋁棒內(nèi)部渦流場(chǎng)的控制方程,選取COMSOL軟件作為本文仿真工具,采用分離法對(duì)磁場(chǎng)與溫度場(chǎng)進(jìn)行耦合分析。其次,利用有限元軟件建立了永磁感應(yīng)加熱裝置磁場(chǎng)與溫度場(chǎng)的耦合模型,分別對(duì)鋁棒磁感應(yīng)強(qiáng)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(chǎng)分布進(jìn)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(duì)渦流輸出功... 

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【學(xué)位級(jí)別】：碩士

【部分圖文】：

Hiltunen式直流感應(yīng)加熱模型圖

第一章緒論7圖1-4Hiltunen式直流感應(yīng)加熱模型圖圣彼得堡國(guó)立電子技術(shù)大學(xué)的MarinaZlobina[7]通過(guò)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(dǎo)線(xiàn)圈中通入的電流以及鋁棒轉(zhuǎn)速等參數(shù)對(duì)加熱功率的影響，計(jì)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(yīng)強(qiáng)度降低。然后研究了三維模型下加熱裝置的設(shè)計(jì)對(duì)鋁棒溫度梯度分布的影響。圖1-5為其直流感應(yīng)加熱的模型圖。圖1-5MarinaZlobina式直流感應(yīng)加熱模型圖意大利博洛尼亞大學(xué)的MassimoFabbri[8]利用有限元數(shù)值方法計(jì)算了不同轉(zhuǎn)速、不同磁感應(yīng)強(qiáng)度對(duì)鋁棒溫度分布影響，并對(duì)比了均勻磁場(chǎng)分布與非均勻磁場(chǎng)分布兩種情況下，鋁棒內(nèi)溫度場(chǎng)及發(fā)熱功率密度的分布情況。通過(guò)對(duì)比，最終選擇了在高磁場(chǎng)，低轉(zhuǎn)速的加熱工藝。為了彌補(bǔ)鋁棒兩端加熱功率的不足，最后優(yōu)化了超導(dǎo)線(xiàn)圈的設(shè)計(jì)，將兩個(gè)超導(dǎo)線(xiàn)圈采用馬鞍形形狀對(duì)開(kāi)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(yīng)加熱模型圖阿爾及利亞胡阿裏·布邁丁科技大學(xué)的HakimBensaidane[9]采用了一種新型的加熱方式，其加熱裝置是由超導(dǎo)線(xiàn)圈組成，而磁通量的變化是通過(guò)線(xiàn)圈中的鋁棒沿線(xiàn)圈軸向緩慢移動(dòng)實(shí)現(xiàn)的。由于采用了較低的移動(dòng)速度和較強(qiáng)的磁場(chǎng)，使得鋁棒的集膚深度很大，有利于均勻的溫度分布。其通過(guò)建立二維磁場(chǎng)模型，對(duì)鋁棒內(nèi)部電流和感應(yīng)加熱功率進(jìn)行計(jì)算，并研究不同參數(shù)對(duì)加熱功率影響。通過(guò)對(duì)溫度場(chǎng)模型求解，證明該種設(shè)計(jì)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(yīng)加熱模型圖來(lái)自上海交通大學(xué)的Y.Wang[10][11][12][13]設(shè)計(jì)了一種直流感應(yīng)加熱樣機(jī)，其磁場(chǎng)雖然由超導(dǎo)線(xiàn)圈產(chǎn)生，然而鋁棒所承接的磁場(chǎng)卻是經(jīng)由鐵芯傳導(dǎo)而來(lái)。通過(guò)鐵芯可以增強(qiáng)和引導(dǎo)磁場(chǎng)，減少漏磁，為旋轉(zhuǎn)加熱鋁棒提供更合適的磁場(chǎng)環(huán)境。此外鐵芯將超導(dǎo)線(xiàn)圈與鋁棒分開(kāi)，大大簡(jiǎn)化了加熱裝置的設(shè)計(jì)和制造流程。其通過(guò)數(shù)值模擬方法，建立電磁模型與加熱模型，然后對(duì)兩個(gè)模型進(jìn)行耦合，比較不同磁感應(yīng)強(qiáng)度與不同轉(zhuǎn)速對(duì)加熱過(guò)程的影響，最后將模擬結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行對(duì)比，驗(yàn)證模型正確性。該方案

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號(hào)：3276400