帶鋼感應加熱磁-熱耦合場數值模擬研究.pdf

1、感應加熱利用工件渦流的焦耳熱效應將工件加熱，這種加熱方式具有效率高、控制精確、污染少等特點，但存在工件心表溫差太大的問題，造成工件內產生附加應力或組織不均勻，甚至產生裂紋，影響材料的成形工藝和質量。精確控制輸入功率、加熱時間、合理優(yōu)化設備結構及操作參數，使之在滿足加熱工件各項性能要求的基礎上，能有效地提高產品質量、加熱效率并且節(jié)約資源。
　　本文根據感應加熱原理，實現(xiàn)了對帶鋼工件感應加熱過程磁-熱耦合場的數值模擬計算，運用通用有限

2、元軟件ANSYS的耦合計算，對實際的帶鋼感應加熱過程進行了仿真。
　　首先，建立了帶鋼感應加熱問題的耦合場數學模型，并確定了邊界條件。針對工件在感應加熱過程中的移動，在保證帶鋼模型網格節(jié)點和編號不變的情況下，移動線圈模型到每個時間節(jié)點進行耦合計算，分別讀取每個節(jié)點的結果作為下次模擬的初始條件，這樣線圈的相對移動就實現(xiàn)了帶鋼的移動。
　　其次，利用所建模型，驗證了磁通器對于提高感應加熱效率的作用。本文研究了空氣隙變化時，分別對

3、焦耳熱、磁場及溫度場分布的影響關系。在其他參數保持不變的情況下，帶鋼移動速度大小與帶鋼溫度升高的速率無關，但影響達到最高溫度的時間和最高溫度的數值。在電流密度為定值的情況下，研究得到提高頻率可以提高磁場強度和溫度升高率，縮短加熱時間，但是渦流感應深度變小，溫差逐漸增大。在頻率相同的情況下，電流密度增大會導致溫度升高率增大，加熱時間縮短，上下表面溫度差加大，但對感應渦流透入深度影響不大。
　　最后，應用Design Expert8.