Ключові слова
induction heating
temperature distribution
interrelated (multi-physical) processes
three-dimensional mathematical modeling
finite element method електромагнітне поле
індукційний нагрів
розподіл температури
взаємопов'язані (мультифізичні) процеси
тривимірне математичне моделювання
метод скінченних елементів
Як цитувати
Анотація
Досліджено взаємопов'язані електромагнітні та теплові процеси, які виникають при індукційному нагріванні металу в канальних печах. Розроблено методику визначення розмірів і форми дефектів (протікань рідкого металу) у термоізоляційному матеріалі (футеровці) таких печей шляхом аналізу неоднорідного розподілу температури на поверхні їхнього корпусу. Проведено верифікацію розробленої математичної моделі шляхом порівняння з результатами експерименту тривалістю 3,5 року на індукційній печі промислової лінії лиття. Визначено області максимальних температур на корпусі печі і величини максимальних градієнтів температури всередині футеровки, а також динаміку їхніх зміни у часі. Встановлено зв'язок між розподілом ізотерм на корпусі печі з розташуванням, формою і глибиною проникнення рідкої міді в її термоізоляційну цегляну кладку, а також зроблено припущення щодо конфігурації існуючих на даний момент дефектів. Використання запропонованої методики дозволяє проводити більш точну діагностику стану футеровки індукційних канальних печей, створюючи основи для прогнозування і рекомендацій щодо збільшення їхнього ресурсу. Бібл. 15, рис. 4, табл. 2.
Посилання
Bermúdez A., Gómez D., Muñiz M.C., Salgado P., Vázquez R. Numerical simulation of a thermo-electromagneto-hydrodynamic problem in an induction heating furnace. Applied Numerical Mathematics. 2009. Vol. 59.9. Pp. 2082-2104.
Comsol Multiphysics, https://www.comsol,com/. Comsol Inc., Burlington, MA, USA, 2017.
Gleim T., Bettina S., Detlef K. Nonlinear thermo-electromagnetic analysis of inductive heating processes. Archive of Applied Mechanics. 2015. Vol. 85.8. Pp. 1055-1073.
Lucía O., Maussion P., Dede E.J. Induction heating technology and its applications: past developments, current technology, and future challenges. IEEE Trans. on Industrial Electronics. 2014. Vol. 61.5. Pp. 2509-2520.
Pepper D.W., Heinrich J.C. The Finite Element Method: Basic Concepts and Applications with MATLAB, MAPLE, and COMSOL. CRC Press, 2017. 610 p.
Podoltsev O.D., Shcherba M.A. Electric field and current density distribution near water inclusions of polymer insulation of high-voltage cables in view of its nonlinear properties. Tekhnichna Elektrodynamika. 2016. No 1. Pp. 11–19. (Rus)
Shcherba A.A., Podoltsev О.D., Kucheriava I.М., Ushakov V.I. Computer modeling of electrothermal processes and thermomechanical stress at induction heating of moving copper ingots. Tekhnichna Elektrodynamika. 2013. No 2. Pp. 10–18. (Rus)
Shcherba А.A., Suprunovska N.I. Electric energy loss at energy exchange between capacitors as function of their initial voltages and capacitances ratio electric energy loss at energy exchange between capacitors as function of their initial voltages and capacitances ratio. Tekhnichna Elektrodynamika. 2016. No 3. Pp. 9–11.
Shcherba M.A. Influence of water trees conductivity on currents density and pressures emerging in polyethylene insulation. Tekhnichna Elektrodynamika. 2016. No 4. Pp. 14–16. (Rus)
Shcherba M.A. Multi-physical processes during electric field disturbance in solid dielectric near water micro-inclusions connected by conductive channels. 2nd International Conference on Intelligent Energy and Power Systems, IEPS 2016. Conference Proceedings, Kiyv, Ukraine. Pp. 1-5.
Stegmueller M.J.R., Schindele P., Grant R.J. Inductive heating effects on friction surfacing of stainless steel onto an aluminum substrate. Journal of Materials Processing Technology. 2015. Vol. 216. Pp. 430-439. DOI: https://doi.org/10.1016/j.jmathrotec.2014.10.013
UPCAST, http://www.upcast.com, Finland.
Yoav H., Kochavi E., Levy A. Inductive heating with a stepped diameter crucible. Applied Thermal Engineering. 2016. Vol. 102. Pp. 149–157. DOI: https://doi.org/10.1016/j.applthermaleng.2016.03.151
Zolotarev V.M., Belyanin R.V., Podoltsev О.D. Analysis of electromagnetic processes in the induction channel furnace used in the cable industry. Pratsi Instytutu Elektrodynamiky Natsionalnoi Akademii nauk Ukrainy. Kyiv, 2016. No 44. Pp. 110–115. (Rus)
Zolotarev V.M., Shcherba M.A., Belyanin R.V. Three-dimensional modeling of electromagnetic and thermal processes of induction melting of copper template with accounting of installation elements design. Tekhnichna Elektrodynamika. 2017. No 3. Pp. 13–21. (Rus)
Ця робота ліцензується відповідно до Creative Commons Attribution-NonCommercial-NoDerivatives 4.0 International License.
Авторське право (c) 2022 Array