Теория, исследование и разработка индукционных нагревателей для металлургической промышленности

• Автор: Демидович, Виктор Болеславович
• Шифр специальности: 05.09.10
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 2002
• Место защиты: Санкт-Петербург
• Количество страниц: 319 с. : ил

СОДЕРЖАНИЕ

1. ВВЕДЕНИЕ

2. РАЗРАБОТКА ЧИСЛЕННЫХ МОДЕЛЕЙ УСТРОЙСТВ

ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА МЕТАЛЛОВ

2.1. Общие принципы разработки численных моделей устройств

индукционного нагрева металлов

2.2. Методы численного моделирование электромагнитного поля в

устройствах индукционного нагрева

2.2.1. Расчет устройств с немагнитной загрузкой методом интегральных

уравнений
2.2.2. Расчет устройств с ферромагнитными телами
2.2.3. Особенности реализации метода и обобщенное решение с учетом
внешней цепи питания индукторов
2.3. Разработка экономичных методов при моделировании
электромагнитного поля устройств индукционного нагрева
2.3.1. Модель численного расчета индукционной системы с
осесимметричной немагнитной загрузкой
2.3.2. Модель численного расчета индукционной системы для нагрева
пластины в поперечном поле
2.4. Разработка электротепловых моделей индукционных нагревателей
2.4,1. Одномерная электротепловая модель для нагрева цилиндров и тел
плоской формы

2.4.2. Двухмерные электротепловые модели индукционного нагрева плоских тел
2.4.3. Двухмерные электротепловые модели индукционного нагрева цилиндрических немагнитных тел
2.4.4. Двухмерные и трехмерные электротепловые модели индукционного нагрева стальных заготовок
2.5. Выводы по главе

3. ТЕОРИЯ ОПТИМАЛЬНОГО УПРАВЛЕНИЯ И
ПРОЕКТИРОВАНИЯ ИНДУКЦИОННЫХ НАГРЕВАТЕЛЕЙ НА ОСНОВЕ ЧИСЛЕННЫХ МОДЕЛЕЙ
3.1. Задача оптимального управления индукционными нагревателями
3.1.1. Основные соотношения для расчета оптимального управления нагревом заготовки конечной длины
3.1.2. Разработка алгоритма оптимизации режима нагрева цилиндрических заготовок конечной длины
3.2. Совместное решение задачи оптимизации режима нагрева и конструкции индуктора нагревателя периодического действия цилиндрических заготовок
3.3. Задача оптимального проектирования индукционных нагревателей
3.3.1. Оптимизация индукционных нагревателей по критерию наилучшего приближения температурного поля к требуемому
3.3.2. Оптимизация индукционных нагревателей по критерию энергозатрат
3.4. Выводы по главе

4. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ИНДУКЦИОННЫХ
НАГРЕВАТЕЛЕЙ ЦИЛИНДРИЧЕСКИХ ТЕЛ
4.1. Краевые эффекты цилиндрических тел при индукционном нагреве
4.2. Обобщенные характеристики температурных полей при
индукционном нагреве цилиндрических немагнитных тел
4.3. Исследование индукционных нагревателей периодического
действия
4.4. Исследование индукционных нагревателей непрерывного действия.

4.5. Исследование нестационарных режимов работы непрерывных
индукционных нагревателей
4.6. Оптимизация индукционных нагревателей стальных заготовок
4.7. Особенности проектирования трехфазных индукционных систем
4.8. Особенности проектирования многослойных обмоток индукторов
4.9. Особенности индукционного нагрева крупногабаритных титановых
заготовок
4.10. Выводы по главе
# 5. ИССЛЕДОВАНИЕ И РАЗРАБОТКА ИНДУКЦИОННЫХ
НАГРЕВАТЕЛЕЙ ПЛОСКИХ ТЕЛ ПЕРЕД ПРОКАТКОЙ
5.1. Исследование и разработка индукционных нагревателей толстых
слябов
5.1.1. Краевые эффекты при индукционном нагреве слябов
5.1.2. Исследование температурных полей слябов при их возвратнопоступательном движении
5.2. Моделирование комплекса непрерывная разливка - непрерывная

уменьшить до 5. Если поверхностный эффект выражен несильно (ш <3), разбиение можно выполнить по всему сечению при числе элементов, не большем 7, и равномерном или переменном (^1,2) шаге. В программах, реализующих метод, предусмотрено автоматическое разбиение тел на элементы по длине тела (для одного слоя), по сечению или по периметру по управляющей информации, вводимой пользователем.
В сложных системах участки, не представляющие большого интереса, могут быть разбиты более крупно. Здесь целесообразен метод блочных итераций, при котором участки с грубым разбиением на следующем шаге дробятся мельче. Токи остальных участков при этом считаются равными токам на предыдущем шаге.
При расчете ферромагнитных тел распределение магнитной проницаемости це на их поверхности, а значит, и сопротивления заранее неизвестно и необходимо введение итераций. Численные эксперименты показали, что даже при простых итерациях, когда значение /ле берется с предыдущего шага в соответствии с найденным #<е, процесс сходится за 3—4 итерации при практически любых начальных значениях це. Вычисление взаимных индуктивностей занимает до 50% всего времени расчета, его быстротой и точностью в основном определяется эффективность программы. Методы расчета индуктивностей приводятся во многих работах, например в [77], однако в большинстве своем они не ориентированы на ЭВМ. В то же время при расчете цилиндрических систем не удается обойтись каким-либо одним методом для всех видов сечений и взаимных расположений контуров. Поэтому обычно используется несколько состыкованных методов расчета. Наиболее трудоемок расчет взаимной индуктивности массивных контуров [78], поэтому следует стремиться заменять их тонкими соленоидами. При