Т. 325, № 2 : Математика, физика и механика

Особенности нагрева немагнитных изделий прямоугольного сечения во вращающемся поле постоянных магнитов

Актуальность работы обусловлена тем, что в настоящее время в области создания новых энергосберегающих электротехнологий для задач нагрева изделий из цветных металлов особое внимание уделяется установкам индукционного нагрева в поперечном магнитном поле, при этом не охваченной методом нагрева в поперечном магнитном поле оказалась большая номенклатура изделий, имеющих прямоугольное поперечное сечение, выполненных из цветных металлов. В настоящее время такие изделия нагреваются в установках индукционного нагрева в продольном переменном магнитном поле, имеющих электрический КПД, не превышающий 0,5. Привлекательностью нагрева таких изделий в поперечном вращающемся магнитном поле постоянных магнитов является его потенциальная возможность в достижении электрического КПД, равного 0,75-0,85. В представленной статье рассматриваются проведенные исследования нагрева алюминиевых изделий прямоугольного поперечного сечения до температуры 550 °С. Цель исследования: разработка численной модели на базе программного комплекса ANSYS для расчета электромагнитных параметров системы "индуктор-загрузка" и температурного поля в нагреваемой заготовке; выполнение расчетов распределения параметров электромагнитного и температурного поля в нагреваемой заготовке. Методы исследования: Основным инструментом научного исследования является программный комплекс ANSYS, позволяющий моделировать различные пространственные физические системы, поведение которых может быть описано дифференциальными уравнениями. За основу принят метод конечных элементов, позволяющий непрерывную область задачи, имеющую бесконечное число степеней свободы, разбить на конечное, хотя и достаточно большое, число областей, в которых параметры постоянны. В узлах системы сосредотачиваются физические свойства и внешние воздействия. Результаты: Созданная модель позволила рассчитать связанную электромагнитную и тепловую задачу нагрева немагнитного изделия прямоугольного поперечного сечения во вращающемся магнитном поле постоянных магнитов. В статье представлены полученные зависимости максимальных температурных перепадов, получаемых в поперечном сечении прямоугольных изделий, выполненных из алюминия. Зависимости представлены, как функции скорости вращения системы постоянных магнитов, создающих поперечное магнитное поле, числа пар полюсов магнитов и зазора между нагреваемым изделием и магнитами.

Ключевые слова:

электронный ресурс, индукционный нагрев, постоянные магниты, температурные поля, температурные перепады, магнитные поля, скорость, вращения, переменные поля, теплообмен, граничные условия,

Авторы:

Бикеев Роман Александрович

Промзелев Владислав Алексеевич

Бланк Алексей Валерьевич

Морев Андрей Эдуардович

Скачать PDF