2. 3 Выводы по главе
Создана математическая модель электромагнитных и тепловых процессов индукционной системы высокочастотного подогрева стали 45, реализованная на базе коммерческого пакета ANSYS. Модель позволяет отображать процесс индукционного нагрева трубопроводов при задании разных частот и разных структур геометрии системы.
3 Исследование электромагнитных и тепловых процессов при индукционном подогреве сварных стыков трубопроводов
Была создана математическая модель электромагнитных и тепловых процессов индукционной системы проходного нагрева сварных трубопроводов из стали 45 на базе коммерческого пакета ANSYS.
Мною были исследованы и оптимизированы параметры индукционной установки; проведен сравнительный анализ зависимостей электромагнитных и тепловых свойств используемых в системе материалов от температуры, зависимостей электромагнитных и тепловых распределений от положения трубы в индукторе. Исследовано явление краевого эффекта для разной геометрии индукционной системы нагрева. Создана расчетная схема электромагнитных и тепловых процессов (Рисунок 9 и 10).
В ходе исследований были получены диаграммы распределения силовых линий магнитного поля в момент, когда труба расположена на 0,2 м от оси симметрии (Рисунок 11), на 0,3 м от оси симметрии (Рисунок 12), когда труба выходит за пределы длины индуктора на 0,029 м (Рисунок 13) и на 0,125 м (Рисунок 14).
Рисунок 8 – Эскиз индукционной системы со спиралевидным индуктором
Рисунок 9 – Расчетная схема установки
Рисунок 10 – Расчетная схема одного витка
Рисунок 11 – Распределение силовых линий магнитного поля в момент, когда труба расположена на 0,2 м от оси симметрии
Рисунок 12– Распределение силовых линий магнитного поля в момент, когда труба расположена на 0,3 м от оси симметрии
Рисунок 13 – Распределение силовых линий магнитного поля в момент, когда труба выходит за пределы длины индуктора на 0,029 м
Рисунок 14 – Распределение силовых линий магнитного поля в момент, когда труба выходит за пределы длины индуктора на 0,125 м
В результате исследований были построены диаграммы распределения плотности источников теплоты в момент, когда труба расположена на 0,2 м от оси симметрии (Рисунок 15), на 0,3 м от оси симметрии (Рисунок 16), когда труба выходит за пределы длины индуктора на 0,029 м (Рисунок 17) и на 0,125 м (Рисунок 18).
Также были получены диаграммы распределения температурного поля (растровые изображения) в момент, когда труба расположена на 0,2 м от оси симметрии (Рисунок 19), на 0,3 м от оси симметрии (Рисунок 20), когда труба выходит за пределы длины индуктора на 0,029 м (Рисунок 21) и на 0,125 м (Рисунок 22).
Рисунок 15 – Распределение плотности источников теплоты для системы, когда труба расположена на 0,2 м от оси симметрии
Рисунок 16 – Распределение плотности источников теплоты для системы, когда труба расположена на 0,3 м от оси симметрии
Рисунок 17 – Распределение плотности источников теплоты для системы, когда труба выходит за пределы длины индуктора на 0,029 м
Рисунок 18 – Распределение плотности источников теплоты для системы, когда труба выходит за пределы длины индуктора на 0,125 м
Рисунок 19 – Распределение температуры для системы, когда труба расположена на 0,2 м от оси симметрии
Рисунок 20 – Распределение температуры для системы, когда труба расположена на 0,3 м от оси симметрии
Рисунок 21 – Распределение температуры для системы, когда труба выходит за пределы длины индуктора на 0,029 м
Рисунок 22 – Распределение температуры для системы, когда труба выходит за пределы длины индуктора на 0,125 м
На Рисунках 11 - 14 видно проявление экранирующего эффекта стальной трубы − силовые линии магнитного поля, создаваемого спиралевидным индуктором не замыкаются в пределах внутреннего диаметра нагреваемого объекта.
На рисунках 15 - 22 видно, что распределение температурного поля и плотности источников теплоты сильно зависит от положения нагреваемой трубы относительно индуктора. Краевой эффект явно наблюдается, при расположении трубы за пределами длины индуктора. Но также присутствует и во всех остальных случаях перемещения трубы вдоль своей оси.