本文關(guān)鍵詞：鋼管連續(xù)熱處理中感應(yīng)加熱技術(shù)應(yīng)用的數(shù)值模擬研究

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【摘要】：隨著我國(guó)無(wú)縫鋼管行業(yè)的迅猛發(fā)展,高鋼級(jí)無(wú)縫鋼管成為社會(huì)的主流需求,在此需求下,無(wú)縫鋼管調(diào)質(zhì)熱處理成為越來(lái)越多的鋼管企業(yè)考慮的處理工藝。而作為清潔環(huán)保的感應(yīng)加熱技術(shù),在鋼管連續(xù)熱處理過(guò)程中的應(yīng)用研究也迫在眉睫。由于對(duì)感應(yīng)熱處理生產(chǎn)線中的重要參數(shù)進(jìn)行數(shù)值模擬,可以對(duì)實(shí)際技術(shù)與設(shè)備的開(kāi)發(fā)起到指導(dǎo)作用,提高開(kāi)發(fā)的效率、解決設(shè)計(jì)成本高、經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)不準(zhǔn)確等缺點(diǎn)。因此,本課題將連續(xù)感應(yīng)加熱的數(shù)值模擬方法應(yīng)用到實(shí)際的鋼管生產(chǎn)過(guò)程中,發(fā)現(xiàn)并解決了現(xiàn)階段存在的問(wèn)題,對(duì)實(shí)際生產(chǎn)有重要的意義。本論文基于上述的原因與意義,簡(jiǎn)單闡述了電磁感應(yīng)定律、集膚效應(yīng)、透入深度、圓環(huán)效應(yīng)、端部效益等電磁感應(yīng)加熱的基礎(chǔ)理論,并具體計(jì)算了感應(yīng)熱處理生產(chǎn)線中的能量參數(shù)與能量損失,結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際分析計(jì)算了感應(yīng)加熱電效率與各參數(shù)的具體關(guān)系,結(jié)合常見(jiàn)的有限元數(shù)值分析方法對(duì)感應(yīng)加熱原理在鋼管熱處理生產(chǎn)線中的應(yīng)用進(jìn)行了理論與方法的介紹,分析了感應(yīng)加熱技術(shù)在連續(xù)熱處理生產(chǎn)線中面臨的具體問(wèn)題,并為下文的研究做了理論鋪墊。利用Deform-3D軟件,針對(duì)不同頻率下的感應(yīng)加熱過(guò)程進(jìn)行了模擬,分析了頻率對(duì)感應(yīng)加熱影響,總結(jié)了設(shè)計(jì)中頻率選擇的規(guī)律。由于感應(yīng)加熱的過(guò)程是集膚效應(yīng)與熱傳導(dǎo)共同作用的導(dǎo)致的,所以通過(guò)對(duì)感應(yīng)加熱過(guò)程的模擬,分析這兩種加熱原理對(duì)徑向溫度均勻性,即內(nèi)外表面的溫差的影響,此外對(duì)感應(yīng)加熱中出現(xiàn)的端部效應(yīng)進(jìn)行了數(shù)值模擬,并提出了優(yōu)化方案;針對(duì)感應(yīng)加熱中加熱爐尺寸的選擇進(jìn)行了研究,模擬了不同鋼管外徑與線圈內(nèi)徑的距離下的感應(yīng)加熱過(guò)程,分析了不同間距對(duì)加熱效率的影響,提出了間距設(shè)計(jì)的一般原則。最后對(duì)模擬設(shè)計(jì)的感應(yīng)加熱方案進(jìn)行實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證。簡(jiǎn)介了感應(yīng)調(diào)質(zhì)生產(chǎn)線的設(shè)備與工藝,并使用現(xiàn)場(chǎng)的鋼管感應(yīng)調(diào)質(zhì)線進(jìn)行實(shí)驗(yàn)與數(shù)據(jù)采集,驗(yàn)證模擬得出的頻率選擇方案、端部效應(yīng)優(yōu)化方案的正確性。并檢測(cè)驗(yàn)證了實(shí)驗(yàn)產(chǎn)品的性能。本論文通過(guò)上述的研究?jī)?nèi)容實(shí)現(xiàn)了無(wú)縫鋼管在感應(yīng)加熱生產(chǎn)線上的加熱過(guò)程的數(shù)值模擬與分析,為感應(yīng)加熱技術(shù)在鋼管連續(xù)熱處理生產(chǎn)線上的工藝設(shè)計(jì)與優(yōu)化提供了指導(dǎo)性的意見(jiàn)。
【關(guān)鍵詞】：電磁感應(yīng)加熱 無(wú)縫鋼管 工藝實(shí)驗(yàn) Deform軟件 數(shù)值模擬
【學(xué)位授予單位】：機(jī)械科學(xué)研究總院
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TG162.84
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-10
• 第一章 緒論10-17
• 1.1 引言10-11
• 1.2 連續(xù)感應(yīng)熱處理生產(chǎn)線概述11-13
• 1.2.1 連續(xù)式熱處理爐11-12
• 1.2.2 連續(xù)感應(yīng)熱處理工藝概述12-13
• 1.3 國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-15
• 1.4 課題的研究意義及內(nèi)容15-17
• 1.4.1 課題的研究意義15
• 1.4.2 課題的研究?jī)?nèi)容15-17
• 第二章 感應(yīng)加熱原理17-26
• 2.1 電磁感應(yīng)加熱原理17-18
• 2.2 集膚效應(yīng)與集膚深度18-19
• 2.3 感應(yīng)加熱的圓環(huán)效應(yīng)、端部效應(yīng)19-20
• 2.3.1 圓環(huán)效應(yīng)19
• 2.3.2 端部效應(yīng)19-20
• 2.4 感應(yīng)加熱能量參數(shù)20
• 2.5 感應(yīng)加熱的能量損失20-22
• 2.5.1 熱傳導(dǎo)定律21
• 2.5.2 對(duì)流傳熱定律21
• 2.5.3 輻射傳熱定律21-22
• 2.5.4 感應(yīng)加熱系統(tǒng)本身的能量損失22
• 2.6 感應(yīng)器的電效率22-24
• 2.7 連續(xù)感應(yīng)加熱的數(shù)值分析方法24-25
• 2.8 本章小結(jié)25-26
• 第三章 數(shù)值模擬理論與數(shù)學(xué)模型26-37
• 3.1 電磁場(chǎng)理論與數(shù)學(xué)模型26-29
• 3.1.1 電磁場(chǎng)理論26-28
• 3.1.2 數(shù)學(xué)模型28-29
• 3.2 溫度場(chǎng)理論與數(shù)學(xué)模型29-33
• 3.2.1 溫度場(chǎng)理論29-31
• 3.2.2 數(shù)學(xué)模型31-33
• 3.3 耦合場(chǎng)理論與數(shù)學(xué)模型33-36
• 3.3.1 耦合場(chǎng)理論33-34
• 3.3.2 數(shù)學(xué)模型34-36
• 3.4 本章小結(jié)36-37
• 第四章 感應(yīng)加熱數(shù)值模擬與分析37-51
• 4.1 Deform軟件的介紹與模擬過(guò)程37-39
• 4.1.1 Deform軟件的介紹37-38
• 4.1.2 電磁感應(yīng)加熱的模擬過(guò)程38-39
• 4.2 連續(xù)感應(yīng)加熱過(guò)程模擬的設(shè)計(jì)方案及模型建立39-42
• 4.2.1 設(shè)計(jì)方案39-40
• 4.2.2 三維模型建立及網(wǎng)格的劃分40-41
• 4.2.3 材料性能參數(shù)41-42
• 4.3 模擬結(jié)果及分析42-50
• 4.3.1 頻率的變化對(duì)加熱過(guò)程影響的模擬結(jié)果與分析42-46
• 4.3.2 集膚效應(yīng)與熱傳導(dǎo)對(duì)鋼管加熱過(guò)程的影響與作用46-48
• 4.3.3 鋼管與線圈間距對(duì)鋼管感應(yīng)加熱的影響48-49
• 4.3.4 端部效應(yīng)對(duì)鋼管感應(yīng)加熱的影響49-50
• 4.4 本章小結(jié)50-51
• 第五章 無(wú)縫鋼管的連續(xù)感應(yīng)熱處理實(shí)驗(yàn)51-63
• 5.1 感應(yīng)熱處理設(shè)備51-57
• 5.1.1 感應(yīng)加熱電源52
• 5.1.2 感應(yīng)加熱線圈52-54
• 5.1.3 傳動(dòng)系統(tǒng)54-55
• 5.1.4 感應(yīng)加熱電容55-56
• 5.1.5 檢測(cè)系統(tǒng)56-57
• 5.2 連續(xù)感應(yīng)加熱實(shí)驗(yàn)57-62
• 5.2.1 實(shí)驗(yàn)方案的制定57-58
• 5.2.2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果58-59
• 5.2.3 結(jié)果擬合及分析59-60
• 5.2.4 性能檢測(cè)60-62
• 5.3 本章小結(jié)62-63
• 第六章 結(jié)論63-64
• 參考文獻(xiàn)64-67
• 致謝67-68
• 在學(xué)期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文和參加科研情況68

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本文編號(hào)：753333