基于电磁感应理论双飞轮铝棒加热装置研究
发布时间：2021-07-10 18:01
随着挤压铝合金广泛的应用以及环境友好型社会的建立,对铝合金材料进行更节能环保的预热,获得业内持续不断的研究。电磁感应加热通过电磁感应现象将电能转化为能,是一种很环保的加热方法,但是在加热铝合金这种电阻率与磁导率较小的非铁磁性材料时,由于感应线圈产生的热量明显增多,导致加热效率变低。因此,直流感应加热技术应运而生。本文以一种直流感应加热装置为背景,对其进行了等效磁路建模、磁场与温度场的有限元耦合数学建模、参数对感应加热影响分析、热效率分析等。主要工作内容如下:首先,根据直流感应加热原理完成了永磁感应加热装置的整体设计,并建立该永磁感应加热装置的等效磁路模型,进而由加热原理及等效磁路模型确定了影响该装置加热效果的相关参数。然后,根据麦克斯韦方程推导出铝棒内部涡流场的控制方程,选取COMSOL软件作为本文仿真工具,采用分离法对磁场与温度场进行耦合分析。其次,利用有限元软件建立了永磁感应加热装置磁场与温度场的耦合模型,分别对铝棒磁感应强度分布、涡流分布、涡流输出功率以及最后铝棒内部温度场分布进行了仿真分析和结果分析。有限元仿真结果表明永磁体外径尺寸越大,涡流输出功率越大;永磁体厚度对涡流输出功...
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Hiltunen式直流感应加热模型图
第一章绪论7图1-4Hiltunen式直流感应加热模型图圣彼得堡国立电子技术大学的MarinaZlobina[7]通过数值模拟的方法建立电磁-热耦合模型。先利用二维模型研究了超导线圈中通入的电流以及铝棒转速等参数对加热功率的影响，计算了铝棒截面的磁通密度、焦耳热密度和温度分布。并且发现随着转速的提高铝棒表面的磁感应强度降低。然后研究了三维模型下加热装置的设计对铝棒温度梯度分布的影响。图1-5为其直流感应加热的模型图。图1-5MarinaZlobina式直流感应加热模型图意大利博洛尼亚大学的MassimoFabbri[8]利用有限元数值方法计算了不同转速、不同磁感应强度对铝棒温度分布影响，并对比了均匀磁场分布与非均匀磁场分布两种情况下，铝棒内温度场及发热功率密度的分布情况。通过对比，最终选择了在高磁场，低转速的加热工艺。为了弥补铝棒两端加热功率的不足，最后优化了超导线圈的设计，将两个超导线圈采用马鞍形形状对开分布，其加热装置最终的优化如图1-6所示。
第一章绪论8图1-6MassimoFabbri式直流感应加热模型图阿尔及利亚胡阿裏·布迈丁科技大学的HakimBensaidane[9]采用了一种新型的加热方式，其加热装置是由超导线圈组成，而磁通量的变化是通过线圈中的铝棒沿线圈轴向缓慢移动实现的。由于采用了较低的移动速度和较强的磁场，使得铝棒的集肤深度很大，有利于均匀的温度分布。其通过建立二维磁场模型，对铝棒内部电流和感应加热功率进行计算，并研究不同参数对加热功率影响。通过对温度场模型求解，证明该种设计使得铝棒内部温度分布足够均匀。其二维模型图如图1-7所示。图1-7HakimBensaidane式直流感应加热模型图来自上海交通大学的Y.Wang[10][11][12][13]设计了一种直流感应加热样机，其磁场虽然由超导线圈产生，然而铝棒所承接的磁场却是经由铁芯传导而来。通过铁芯可以增强和引导磁场，减少漏磁，为旋转加热铝棒提供更合适的磁场环境。此外铁芯将超导线圈与铝棒分开，大大简化了加热装置的设计和制造流程。其通过数值模拟方法，建立电磁模型与加热模型，然后对两个模型进行耦合，比较不同磁感应强度与不同转速对加热过程的影响，最后将模拟结果与实验结果进行对比，验证模型正确性。该方案
【参考文献】：
期刊论文
[1]永磁体结构对永磁同步电机电磁特性的影响[J]. 王洪涛. 组合机床与自动化加工技术. 2018(04)
[2]10 kW超高速永磁电机三维瞬态温度场计算[J]. 崔刿楷,程文杰,肖玲,樊红卫,谢宗明. 电机与控制应用. 2018(02)
[3]计及永磁体涡流损耗分布特性的实时热计算方法[J]. 陈萍,唐任远,韩雪岩,佟文明. 电机与控制学报. 2017(07)
[4]可调气隙高温超导直流感应加热样机仿真与实验[J]. 马骏,高昊,盛杰,李柱永,洪智勇,金之俭. 上海交通大学学报. 2017(05)
[5]中国铝加工行业市场现状及发展趋势[J]. 张衬新. 有色冶金设计与研究. 2017(02)
[6]高空条件下永磁无刷直流电机温度场研究[J]. 张明慧,刘卫国. 微电机. 2017(02)
[7]热挤压工艺对6061铝合金组织及性能的影响[J]. 王健,卢雅琳,徐文婷,李兴成. 金属热处理. 2016(10)
[8]基于积分法的超导交流损耗测量系统[J]. 孙越鸣,方进,吕刚,贾晨曦,刘延超,周伟. 低温与超导. 2016(07)
[9]铝合金铸锭挤压前预热用永磁加热器的特点及应用[J]. 刘静安,刘佩成,王益龙. 轻合金加工技术. 2014(12)
[10]一种永磁式感应热机的损耗及传热分析[J]. 杜海,蔡春伟,曲延滨,张鹏. 电机与控制学报. 2014(12)
硕士论文
[1]三维涡流—温度耦合场的有限元分析与应用[D]. 储国良.合肥工业大学 2016
[2]永磁同步电机损耗计算及温度场分析[D]. 尹惠.哈尔滨工业大学 2015
[3]三维移动式感应加热弯板成形有限元模拟研究[D]. 徐昱.重庆交通大学 2015
[4]带钢感应加热磁—热耦合场数值模拟研究[D]. 齐文亮.东北大学 2014
[5]旋转型永磁涡流制动装置的研究[D]. 蒋冬清.西南交通大学 2009
[6]基于旋转电磁理论的食品加热器的研究[D]. 孙宁.哈尔滨工业大学 2007
[7]基于电机损耗与温升反问题的无焰加热器的基础研究[D]. 陈磊.哈尔滨工业大学 2006
[8]涡流、温度耦合场的建模及有限元的数值分析[D]. 李桃.浙江大学 2006
本文编号：3276400
【文章来源】：东南大学江苏省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：90 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
Hiltunen式直流感应加热模型图
第一章绪论7图1-4Hiltunen式直流感应加热模型图圣彼得堡国立电子技术大学的MarinaZlobina[7]通过数值模拟的方法建立电磁-热耦合模型。先利用二维模型研究了超导线圈中通入的电流以及铝棒转速等参数对加热功率的影响，计算了铝棒截面的磁通密度、焦耳热密度和温度分布。并且发现随着转速的提高铝棒表面的磁感应强度降低。然后研究了三维模型下加热装置的设计对铝棒温度梯度分布的影响。图1-5为其直流感应加热的模型图。图1-5MarinaZlobina式直流感应加热模型图意大利博洛尼亚大学的MassimoFabbri[8]利用有限元数值方法计算了不同转速、不同磁感应强度对铝棒温度分布影响，并对比了均匀磁场分布与非均匀磁场分布两种情况下，铝棒内温度场及发热功率密度的分布情况。通过对比，最终选择了在高磁场，低转速的加热工艺。为了弥补铝棒两端加热功率的不足，最后优化了超导线圈的设计，将两个超导线圈采用马鞍形形状对开分布，其加热装置最终的优化如图1-6所示。
第一章绪论8图1-6MassimoFabbri式直流感应加热模型图阿尔及利亚胡阿裏·布迈丁科技大学的HakimBensaidane[9]采用了一种新型的加热方式，其加热装置是由超导线圈组成，而磁通量的变化是通过线圈中的铝棒沿线圈轴向缓慢移动实现的。由于采用了较低的移动速度和较强的磁场，使得铝棒的集肤深度很大，有利于均匀的温度分布。其通过建立二维磁场模型，对铝棒内部电流和感应加热功率进行计算，并研究不同参数对加热功率影响。通过对温度场模型求解，证明该种设计使得铝棒内部温度分布足够均匀。其二维模型图如图1-7所示。图1-7HakimBensaidane式直流感应加热模型图来自上海交通大学的Y.Wang[10][11][12][13]设计了一种直流感应加热样机，其磁场虽然由超导线圈产生，然而铝棒所承接的磁场却是经由铁芯传导而来。通过铁芯可以增强和引导磁场，减少漏磁，为旋转加热铝棒提供更合适的磁场环境。此外铁芯将超导线圈与铝棒分开，大大简化了加热装置的设计和制造流程。其通过数值模拟方法，建立电磁模型与加热模型，然后对两个模型进行耦合，比较不同磁感应强度与不同转速对加热过程的影响，最后将模拟结果与实验结果进行对比，验证模型正确性。该方案
【参考文献】：
期刊论文
[1]永磁体结构对永磁同步电机电磁特性的影响[J]. 王洪涛. 组合机床与自动化加工技术. 2018(04)
[2]10 kW超高速永磁电机三维瞬态温度场计算[J]. 崔刿楷,程文杰,肖玲,樊红卫,谢宗明. 电机与控制应用. 2018(02)
[3]计及永磁体涡流损耗分布特性的实时热计算方法[J]. 陈萍,唐任远,韩雪岩,佟文明. 电机与控制学报. 2017(07)
[4]可调气隙高温超导直流感应加热样机仿真与实验[J]. 马骏,高昊,盛杰,李柱永,洪智勇,金之俭. 上海交通大学学报. 2017(05)
[5]中国铝加工行业市场现状及发展趋势[J]. 张衬新. 有色冶金设计与研究. 2017(02)
[6]高空条件下永磁无刷直流电机温度场研究[J]. 张明慧,刘卫国. 微电机. 2017(02)
[7]热挤压工艺对6061铝合金组织及性能的影响[J]. 王健,卢雅琳,徐文婷,李兴成. 金属热处理. 2016(10)
[8]基于积分法的超导交流损耗测量系统[J]. 孙越鸣,方进,吕刚,贾晨曦,刘延超,周伟. 低温与超导. 2016(07)
[9]铝合金铸锭挤压前预热用永磁加热器的特点及应用[J]. 刘静安,刘佩成,王益龙. 轻合金加工技术. 2014(12)
[10]一种永磁式感应热机的损耗及传热分析[J]. 杜海,蔡春伟,曲延滨,张鹏. 电机与控制学报. 2014(12)
硕士论文
[1]三维涡流—温度耦合场的有限元分析与应用[D]. 储国良.合肥工业大学 2016
[2]永磁同步电机损耗计算及温度场分析[D]. 尹惠.哈尔滨工业大学 2015
[3]三维移动式感应加热弯板成形有限元模拟研究[D]. 徐昱.重庆交通大学 2015
[4]带钢感应加热磁—热耦合场数值模拟研究[D]. 齐文亮.东北大学 2014
[5]旋转型永磁涡流制动装置的研究[D]. 蒋冬清.西南交通大学 2009
[6]基于旋转电磁理论的食品加热器的研究[D]. 孙宁.哈尔滨工业大学 2007
[7]基于电机损耗与温升反问题的无焰加热器的基础研究[D]. 陈磊.哈尔滨工业大学 2006
[8]涡流、温度耦合场的建模及有限元的数值分析[D]. 李桃.浙江大学 2006
本文编号：3276400
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