帶鋼感應(yīng)加熱磁-熱耦合場數(shù)值模擬研究.pdf

1、感應(yīng)加熱利用工件渦流的焦耳熱效應(yīng)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(diǎn)，但存在工件心表溫差太大的問題，造成工件內(nèi)產(chǎn)生附加應(yīng)力或組織不均勻，甚至產(chǎn)生裂紋，影響材料的成形工藝和質(zhì)量。精確控制輸入功率、加熱時(shí)間、合理優(yōu)化設(shè)備結(jié)構(gòu)及操作參數(shù)，使之在滿足加熱工件各項(xiàng)性能要求的基礎(chǔ)上，能有效地提高產(chǎn)品質(zhì)量、加熱效率并且節(jié)約資源。
　　本文根據(jù)感應(yīng)加熱原理，實(shí)現(xiàn)了對帶鋼工件感應(yīng)加熱過程磁-熱耦合場的數(shù)值模擬計(jì)算，運(yùn)用通用有限

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

3、焦耳熱、磁場及溫度場分布的影響關(guān)系。在其他參數(shù)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(guān)，但影響達(dá)到最高溫度的時(shí)間和最高溫度的數(shù)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(qiáng)度和溫度升高率，縮短加熱時(shí)間，但是渦流感應(yīng)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(dǎo)致溫度升高率增大，加熱時(shí)間縮短，上下表面溫度差加大，但對感應(yīng)渦流透入深度影響不大。
　　最后，應(yīng)用Design Expert8.