Разработка методики расчёта индукционных печей с холодным тиглем и тепловым экраном со сниженными электромагнитными потерями

• Автор: Васильев, Сергей Александрович
• Шифр специальности: 05.09.10
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2013
• Место защиты: Москва
• Количество страниц: 123 с. : ил.

Аннотация
В диссертационной работе проведён анализ конструкций, технологических процессов, особенностей работы и методов расчёта индукционных печей с металлическим секционированным холодным тиглем. Отмечена возможность применения такого тигля в качестве защитного теплового экрана в индукционных печах с керамическим тиглем. Подробно рассмотрена проблема низкого электрического к.п.д. этих печей из-за высокого значения электромагнитных потерь в металлическом тигле (экране) и снижение этих потерь за счёт выполнения секций с вертикальным разрезом. Разработана трёхмерная математическая модель индукционной печи с металлическим секционированным тиглем (или экраном) с изменяемыми параметрами (число, материал и профиль секций) в программном пакете ANSYS, проведена настройка модели и проверка её адекватности. Разработана программа Оа1еРогА в среде Ое1рЫ для формирования расчётного файла модели и тем самым упрощения работы пользователя с ней. С помощью разработанной модели проведены исследования по влиянию геометрических и электрофизических параметров холодного тигля на энергетические характеристики печей, выработаны рекомендации по подбору этих параметров с целью снижения электромагнитных потерь в тигле. На основе полученных результатов разработана методика расчёта индукционных печей с холодным тиглем и тепловым экраном со сниженными электромагнитными потерями, проведена апробация методики. Описаны возможности применения и дальнейшего развития модели.

Оглавление
Введение
Глава 1. Литературный обзор индукционных печей с металлическим
тиглем (экраном)
1.1. Конструкции, технологические процессы и характеристики индукционных печей с холодным тиглем
1.2. Индукционная печь с керамическим тиглем и защитным
тепловым экраном
1.3. Особенности работы индукционных печей с холодным тиглем
1.4. и тепловым экраном
1.5. Существующие методы расчёта ИПХТ и ИТП
1.6. Задачи диссертационной работы
Глава 2. Разработка и исследование трёхмерной математической модели
индукционных печей с металлическим секционированным тиглем
(или экраном)
2.1. Постановка задачи
2.2. Выбор средства компьютерного моделирования. Общие особенности программного пакета ХЛ/5У&
2.3. Математическая модель индукционных печей с металлическим секционированным тиглем (или экраном)
2.3.1. Принятые допущения и особенности моделирования
2.3.2. Алгоритм решения стационарной электромагнитной задачи в АЫЗУБ
2.4. Исследование математической модели
2.4.1. Влияние шага разбиения на КЭ по радиусу и высоте проводящих областей модели
2.4.2. Влияние шага разбиения на КЭ и размеров непроводящих
областей модели
2.4.3. Влияние толщины переходного слоя между загрузкой и ХТ (ТЭ)

2.4.4. Влияние толщины изоляции между секциями ХТ (ТЭ)
2.4.5. Взаимодействие секций ХТ (ТЭ)
2.5. Проверка адекватности математической модели
2.6. Выводы по главе
Глава 3. Исследование влияния геометрических и электрофизических параметров ХТ на энергетические характеристики ИПХТ
3.1. Постановка задача
3.2. Влияние числа секций ХТ
3.3. Влияние материала и профиля секций ХТ
3.4. Выводы по главе
Глава 4. Разработка методики расчёта индукционных печей с холодным тиглем и тепловым экраном со сниженными электромагнитными потерями
4.1. Постановка задачи
4.2. Программа DateForA
4.3. Алгоритм методики
4.4. Апробация разработанной методики
4.5. Возможности применения и развития
4.6. Выводы по главе
Заключение
Список литературы
Приложение

• необходимость проверки и последующей доработки созданной компьютерной модели, что предполагает сравнение с результатами физического моделирования (аналогичного проводимого или проведённого заново).
Достоинствами компьютерного моделирования являются:
• значительная экономия времени и денежных средств по сравнению с физическим моделированием;
• широкий диапазон для исследований.
В настоящее время в практике исследования и проектирования реальных печей и находят применение оба пути, причём погрешность результатов оказывается допустимой.
В соответствии с целью диссертационной работы были поставлены следующие задачами:
1. Анализ существующих конструкций и методов расчёта индукционных печей с металлическим тиглем (экраном).
2. Разработка трёхмерной математической модели индукционной печи с металлическим секционированным тиглем (или экраном) с изменяемыми параметрами (число, материал и профиль секций) в программном пакете ЛЫБУБ.
3. Исследование параметров модели и выработка рекомендаций по работе с ней, проверка адекватности.
4. Исследование с помощью модели влияния геометрических и электрофизических параметров холодного тигля на энергетические характеристики печей.
5. Разработка методики расчёта индукционных печей с холодным тиглем и тепловым экраном со сниженными электромагнитными потерями.
Следует отметить, что в магистерской работе автором была разработана двухмерная программа ЕМ_Ро1е для расчёта осесимметричных индукционных систем с наружными и внутренними электропроводящими экранами (рис. 1.5.1), ориентированной на расчёт конфигурации магнитного поля и электрических параметров ИПХТ или ИТП с ТЭ. В программе реальный ХТ (ТЭ) моде-