感应加热温度场的数值模拟

发布时间：2017-04-28 03:01

  本文关键词：感应加热温度场的数值模拟，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】： 本文主要研究感应加热器内被加热钢坯温度分布的数值模拟。感应加热是利用工件中涡流的焦耳效应将工件加热,这种加热方式具有效率高、控制精确、污染少等特点,在工业生产中得到了广泛的应用。如何设置加热过程的参数使之满足被加热工件中各项性能要求是普遍关注的问题。工件的诸多性能指标与热处理过程中的温度分布是密切相关的,然而基于实验的系统设计方法却耗时费力,并且温度测量成本高,传感器的引入还会影响本来的温度分布。因此,数值模拟技术对于这类系统的设计和研究具有重要意义。 本文从感应加热的有关原理和电磁一热耦合场计算的有限元方法着手,以电磁学和传热学为基础,对感应加热电磁场和温度场分布进行了理论推导,给出了电磁场、温度场分布的数学模型及相应的有限元分析模型。其中,电磁场的数学模型由A ?φ法建立,电磁场和温度场的有限元离散化方程组由伽辽金加权余量法导出。 根据数值模拟的基本理论,本文在比较ANSYS有限元软件中两种耦合场分析方法的基础上,选择了顺序耦合方法。并对圆柱形45号钢样件建立了相应的电磁一热耦合分析的数学、物理有限元模型;对加热过程的温度场分布进行模拟,得到感应加热温度场的分布图。并分析了感应加热参数对模拟结果的影响,得出了一些具有工程借鉴意义的结论,为合理选择加热参数提供理论依据。 通过数值模拟的结果与实验测试所得的结果相比较,证明数值数拟的结果达到了工艺上的准确性,可应用于生产实际。
【关键词】：感应加热 温度场 数值模拟 有限元法 ANSYS 电磁一热耦合场
【学位授予单位】：江南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2008
【分类号】：TM924
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-17
• 1.1 选题意义8-9
• 1.2 感应加热原理及主要特点9-13
• 1.2.1 电磁感应与涡流发热9-10
• 1.2.2 集肤效应及透入深度10-11
• 1.2.3 圆环效应11
• 1.2.4 透入式加热和传导式加热11
• 1.2.5 感应加热的能量参数11-12
• 1.2.6 感应加热的优点12-13
• 1.3 感应加热数值模拟的发展现状及应用概述13-16
• 1.4 本论文的主要工作和研究内容16-17
• 第二章 感应加热电磁场有限元分析17-27
• 2.1 电磁场的基本理论17-19
• 2.1.1 安培环路定律17
• 2.1.2 法拉第电磁感应定律17
• 2.1.3 高斯电通定律17-18
• 2.1.4 高斯磁通定律18
• 2.1.5 Maxwell 方程组的微分形式18-19
• 2.2 基于矢量磁位A 的感应加热涡流场基本方程19-20
• 2.3 边界条件的分析20-22
• 2.4 电磁场复边值问题的方程22-23
• 2.5 电磁场方程的有限元离散23-26
• 2.6 本章小结26-27
• 第三章 感应加热温度场有限元分析27-33
• 3.1 温度场瞬态方程数学模型27-28
• 3.2 感应加热温度场边界条件28-29
• 3.3 感应加热瞬态温度场有限元方程29-32
• 3.3.1 空间域的离散29-31
• 3.3.2 时间域的离散31-32
• 3.4 本章小结32-33
• 第四章 感应加热磁-热耦合场的ANSYS 计算33-56
• 4.1 ANSYS 软件的一般分析过程33-34
• 4.2 ANSYS 中电磁—热耦合场的分析方法34-36
• 4.2.1 ANSYS 中耦合场的计算及本文所采用的方法34-35
• 4.2.2 ANSYS 中材料非线性问题的计算方法35-36
• 4.3 相关影响因素的分析和计算36-37
• 4.3.1 辐射和空气对流的影响及计算处理方法36
• 4.3.2 工件移动的影响及处理36
• 4.3.3 线圈与工件感生电流相互影响的处理36-37
• 4.4 数值模拟计算模型的建立37-40
• 4.4.1 问题的描述和假设37-38
• 4.4.2 材料特性38-40
• 4.5 样件模拟与分析40-55
• 4.5.1 模型建立40
• 4.5.2 分析单元40-41
• 4.5.3 网格剖分41-42
• 4.5.4 边界条件42
• 4.5.5 电磁场计算结果42
• 4.5.6 温度场计算结果及影响分析42-55
• 4.5.7 结果分析55
• 4.6 本章小结55-56
• 第五章 感应加热温度场的实验验证56-62
• 5.1 系统构成与参数选择56-57
• 5.2 工件内温度的模拟与测量57-61
• 5.2.1 建模方法57-58
• 5.2.2 模拟结果与分析58-60
• 5.2.3 实验结果与模拟结果比较60-61
• 5.3 本章小结61-62
• 第六章 全文总结62-63
• 致谢63-64
• 参考文献64-67
• 附录67-72
• 附录A:本论文的部分程序清单67-72
• 附录B：作者在攻读硕士学位期间发表的论文72

【引证文献】

中国期刊全文数据库 前4条

1 张长友;张锁怀;;感应加热在曲轴红套工艺中的应用[J];兰州理工大学学报;2011年05期

2 陈浩;秦训鹏;汪舟;高恺;;三维点式感应淬火电磁热耦合场数值模拟[J];中国表面工程;2013年01期

3 张月红;王马华;;感应加热参数对钢件温度分布的影响[J];金属热处理;2011年09期

4 张长友;张锁怀;;曲轴红套感应加热的数值仿真[J];机械设计与制造;2011年10期

中国博士学位论文全文数据库 前1条

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中国硕士学位论文全文数据库 前10条

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本文编号：331951