基于ANSYS的感应加热系统高精度仿真研究

发布时间：2023-02-21 09:04

　　感应加热利用在工件中产生的涡流对工件进行加热，具有效率高、控制精确、污染少等特点，被广泛地应用于炼钢等工业生产之中。传统连铸坯感应加热器设计方法是在工程计算基础上，反复进行试验，改变设计参数的过程。这种方法耗时费力，并且成本高、周期长。随着计算机技术的不断发展，通过数值模拟技术得到结果的精度和速度不断提高，数值模拟技术在感应加热器设计与控制中也显得越来越重要。 本研究从电磁感应加热基础理论及实际工况入手，在现有常规的有限元算法基础上，增加了对感应加热前温度分布不均匀、感应线圈电流随时间变化、连铸坯所处环境温度变化等实际影响因素的考虑，建立更为精确的有限元模型进行模拟计算，实现对感应加热过程精确仿真。研究得出的主要结论为： (1)通过有限元改进算法，结合实际工厂参数，将感应加热过程分为热送、加热、均热三个阶段模拟，取出三个阶段的截面温度分布，关键路径曲线及关键点温度变化曲线进行分析，发现了连铸坯在感应加热过程的温度分布及变化规律。然后将模拟的结果与实际测量数据进行比较，验证了模拟方法的高精度性。 (2)研究线圈内方孔尺寸、电流频率、感应线圈电流大小、感应器间距、环境温度以及炉内温度等因素...

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

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摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 选题背景与意义
    1.2 国内外发展状况
        1.2.1 国内外连铸坯热送热装技术发展状况
        1.2.2 连铸坯热送热装技术的优势
        1.2.3 国内外感应加热数值模拟的研究状况
    1.3 本文的主要研究内容及创新点
        1.3.1 主要研究内容
        1.3.2 创新点
    1.4 本章小结
第2章 感应加热原理及工程计算
    2.1 电磁场理论基础
        2.1.1 麦克斯韦方程组
        2.1.2 基于位函数的涡流场方程
        2.1.3 电磁场中的边界条件
    2.2 温度场理论基础
    2.3 涡流生热
    2.4 集肤效应和涡流密度
    2.5 电磁感应加热的方式
    2.6 电磁场滞后时间
    2.7 本章小结
第3章 连铸坯电磁感应加热的有限元分析建模
    3.1 耦合场类型及方法
        3.1.1 直接方法
        3.1.2 载荷传递耦合方法
    3.2 电磁热耦合问题
        3.2.1 电磁热耦合问题的求解方法
        3.2.2 感应加热阶段有限元模拟方案的确定
        3.2.3 物料属性参数的设置
    3.3 电磁感应加热有限元模型的建立
        3.3.1 问题的描述与假设
        3.3.2 物料属性
        3.3.3 感应加热前初始温度的确定
        3.3.4 有限元分析的关键技术处理
    3.4 本章小结
第4章 连铸坯电磁感应加热实际工况模拟
    4.1 参数设置
    4.2 热送阶段的模拟分析
    4.3 感应加热阶段的模拟分析
        4.3.1 截面涡流场分布及分析
        4.3.2 截面温度场分布及分析
    4.4 均热阶段的模拟分析
    4.5 热送、加热、均热阶段的有限元模拟结果对比
    4.6 全局模拟 6m 长连铸坯
    4.7 本章小结
第5章 连铸坯感应加热过程影响因素分析
    5.1 线圈内方孔尺寸
    5.2 电流频率
    5.3 感应线圈电流
    5.4 感应器间距
    5.5 环境温度
    5.6 炉内温度
    5.7 本章小结
第6章 连铸坯感应加热仿真原型系统开发
    6.1 开发目的
    6.2 原型系统设计
        6.2.1 需求分析
        6.2.2 基本设计概念和处理流程
        6.2.3 系统流程图
        6.2.4 主要功能模块
        6.2.5 界面设计
        6.2.6 数据库设计
    6.3 原型系统效果
    6.4 本章小结
第7章 总结与展望
    7.1 总结
    7.2 展望
致谢
参考文献
附录 作者在读期间发表的学术论文及参加的科研项目



本文编号：3747471