横向磁通感应加热装置中线圈形状对涡流及温度分布的影响

针对在横向磁通涡流感应加热中金属薄板表面温度分布不均匀的问题 ,提出了判断薄板表面涡流分布的方法 ,即薄板表面上的涡流分布可以近似为线圈几何形状在薄板表面的投影 ;进一步阐述了投影面积决定温度分布情况 ,因此为了在薄板表面得到均匀的温度分布应依据投影面积来选择线圈形状的设计原则。依据上述论断设计了连续运动薄板的横向磁通涡流感应加热装置 ,其数学模型包含一组稳态涡流问题的偏微分方程和含运动媒质的傅立叶热传导方程。采用三维有限元法对涡流场和温度场的耦合问题进行了数值分析 ,通过数值计算得出了薄板表面上的涡流、热源和温度分布 ,并将感应加热装置出口处沿宽度方向的计算值与测量值进行了比较 。

神经网络预测应用于横向磁通感应加热中涡流场与温度场的有限元分析

利用神经网络预测横向磁通感应加热中连续运动金属薄板表面涡流分布和温度分布。所采用的两条神经网络中,一条对涡流场分布进行预测,另一条对温度场分布进行预测。在抽取的检测样本中,预测温度分布的相对误差平均值为1.6—3.2％,以神经网络预测结果作为非线性有限元离散方程组迭代求解的初值,比薄板初始温度作为初值的情况节省55.6～67.6％的迭代次数。

连续运动薄板横向磁通感应加热耦合场分析新方法

通过沿薄板运动反方向以单元格的形式平移薄板中的热源来取代薄板的连续运动 ,使得温度场的每次计算可以采用相同的热源分布 ,无需重新计算涡流场 ,大大减少了横向磁通感应加热耦合场数值仿真的时间。利用有限元数值计算结果作为神经网络的训练样本 ,分别建立了横向磁通感应加热装置出口处平均温度及其平均相对误差的预测模型。检验样本的结果表明所训练的神经网络具有很高的准确性。利用神经网络分析了频率和电流对平均温度及其平均相对误差的影响 。

焊接电源中横向磁通感应线圈的研究与设计

对高频感应加热电源中的线圈进行了研究与设计。电源加热采用横向磁通感应式,它能有效克服线圈对工件大小、形状等的束缚,尤其适合无磁性材料的加热处理。首先分析了纵向磁通与横向磁通感应加热的区别,在对横向磁通涡流场及温度场分析的基础上,建立了横向磁通感应加热的数学模型。根据实际要求,设计出满足铜排焊接要求的线圈结构,通过试验验证了设计的横向磁通感应线圈在铜排焊接电源应用中的可行性与合理性,从而进一步改进了传统的铜排焊接工艺。

Transverse Flux Induction Coil for Uniform Bar Heating Excluding Edge

This work particularly focuses on compensating Joule heat in under-heated areas occurred when thin steel bar is(<20 mm)heated by transverse flux induction heater(TFIH).The under-heated areas take place in range of 50~150 mm from the both edges,so Transverse Flux Induction Coil(TFIC)including a magnetic core is proposed and optimized to supplement this fault.The solutions on the electromagnetic field are obtained numerically by commercial code MAXWELL 3D software from ANSYS Corp.and then,verified experimentally by pilot-scale tests,in which the TFIH was manufactured with a nominal power of 100 kW at a fundamental frequency of 1 kHz.Ultimately,TFIC having geometrically the optimized magnetic core made the heating pattern U-shaped,so could supply a desirable temperature profile for the rolling process.

磁屏蔽板对带钢温度均匀性的影响

横磁感应加热较其他传统感应加热在对薄带钢以及居里点以上带钢加热时具有更高的效率。但横磁感应加热装置在加热带钢时,由于"边部效应"导致带钢温度分布不均。针对此问题,提出了在带钢两侧增加磁屏蔽板的方式,降低带钢边部涡流密度,使其表面温度分布更均匀。以800 mm宽的45钢带材为加热对象,采用COMSOL仿真软件分别对横磁感应加热装置在"有/无"磁屏蔽板的两种工况下带钢表面的涡流场和温度场进行了耦合计算,并将带钢在感应加热装置出口处沿宽度方向的温度值进行对比,分析了磁屏蔽板对加热过程的影响,得出磁屏蔽板的最佳安装位置。