三维涡流—温度耦合场的有限元分析与应用

发布时间：2017-08-05 04:00

  本文关键词：三维涡流—温度耦合场的有限元分析与应用

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【摘要】：工程中三维涡流·温度耦合场的分析一直是个复杂问题,随着有限元分析方法在工程问题中得到广泛应用,本文以1300W感应加热电饭煲为应用对象,利用有限元分析方法对其三维涡流-温度耦合场进行了研究,内容包括样机涡流场分析、涡流场、温度场耦合过程分析及温度场分析、结构优化设计、集肤效应的计算以及漏磁的计算等。首先在麦克斯韦方程组的基础上建立了适合感应加热过程中涡流场、温度场求解的数学模型及其边界条件。接着,对样机的结构和原理进行了分析,在Ansoft软件中,建立样机三维涡流场有限元模型,详细分析了样机中磁密分布、电涡流分布、涡流功率分布。然后对样机进行参数化分析,计算比较了各个结构参数对样机性能所产生的影响。随后,针对高频加热中存在的集肤效应问题,采用理论计算与有限元分析两种方法,验证了有限元分析方法的正确性。以涡流场计算结果为载荷,利用Ansoft软件与Ansys workbench软件耦合仿真,实现涡流场和温度场的耦合。通过将温度场计算结果与测试数据比较,验证了耦合仿真的准确性。最后,根据电磁场基础理论,对样机的磁条结构进行了优化设计,计算比较了新结构样机的涡流输出功率和效率值。针对感应加热电饭煲存在的辐射问题,对其外部的漏磁大小进行了计算。同时还对磁条的饱和程度进行了分析计算。通过有限元法对感应加热系统中三维涡流-温度耦合场的仿真分析,为其他工程问题中的涡流场、温度场的计算分析提供了参考。
【关键词】：有限元法 涡流场 温度场 感应加热电饭煲 磁条
【学位授予单位】：合肥工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM924.01
【目录】：

• 致谢7-8
• 摘要8-9
• ABSTRACT9-15
• 第一章 绪论15-21
• 1.1 有限元法及其工程应用的概述15-16
• 1.2 本文研究的课题背景及其意义16-19
• 1.2.1 感应加热电饭煲的发展现状与发展趋势16-18
• 1.2.2 感应加热原理分析18-19
• 1.3 本文完成的主要工作内容19-21
• 第二章 感应加热有限元计算的物理基础21-34
• 2.1 涡流场有限元数学模型21-28
• 2.1.1 A,Φ-A法来表述三维涡流场数学模型21-25
• 2.1.2 矢量电位和标量磁位T,ψ-ψ法25-27
• 2.1.3 边界条件27-28
• 2.2 温度场有限元数学模型28-33
• 2.2.1 热传导的数学模型29-30
• 2.2.2 边界条件30-31
• 2.2.3 感应加热温度场分布的计算方法31-33
• 2.3 小结33-34
• 第三章 感应加热电饭煲涡流场仿真实例34-49
• 3.1 样机参数34-36
• 3.2 材料属性36-37
• 3.3 感应加热电饭煲测试试验37-40
• 3.3.1 样机工作时的加热方式38-39
• 3.3.2 线圈两端的电压、电流值39-40
• 3.4 感应加热涡流场的分析40-46
• 3.4.1 导体中涡流场分析40-43
• 3.4.2 相关参数对涡流输出功率的影响43-46
• 3.5 导体集肤效应与透入深度的计算46-48
• 3.5.1 理论计算46-47
• 3.5.2 仿真计算47-48
• 3.6 小结48-49
• 第四章 涡流场、温度场耦合仿真分析49-58
• 4.1 网格划分及物性参数49-50
• 4.2 锅体的温度分布50-53
• 4.3 水的温度分布53-56
• 4.4 多级线圈加热的涡流场分布56-57
• 4.5 小结57-58
• 第五章 高功率感应加热电饭煲设计58-69
• 5.1 感应加热系统的效率计算58-59
• 5.1.1 热传导过程58
• 5.1.2 辐射传热过程58-59
• 5.1.3 对流传热过程59
• 5.1.4 感应加热系统本身的热量损耗59
• 5.2 感应加热电饭煲的结构优化59-64
• 5.2.1 导体中磁密的分析与计算59-61
• 5.2.2 新型结构样机的性能分析61-64
• 5.2.3 对控制电路的屏蔽保护64
• 5.3 磁场泄露分析64-67
• 5.4 铁氧体磁条的磁密饱和程度67-68
• 5.5 小结68-69
• 第六章 总结与展望69-71
• 参考文献71-74
• 攻读硕士学位期间的学术活动及成果情况74

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本文编号：623010