横向磁通感应加热器优化与耦合分析方法研究

摘要

连续运动带材横向磁通感应加热是利用交变磁场在带材上感应涡流产生焦耳热进行加热。与纵向感应加热相比，横向磁通感应加热具有加热频率低、无功功率小的特点。由于线圈并不围绕工件，横向磁通感应加热尤其适合连续金属热处理过程。然而，横向磁通感应加热装置的主要问题是其出口处沿带材宽度方向上带材温度分布不均匀，制约了其工业应用。本文对横向磁通感应加热装置进行耦合场分析并进行感应加热器的优化设计。
　　本文首先建立了横向磁通感应加热问题中的涡流场和温度场数学模型；并进一步对矩形线圈感应加热器和菱形线圈感应加热器进行了磁-热耦合仿真研究。对菱形线圈感应器样机进行实验研究，仿真得到的温度分布与样机实测结果一致。
　　对不同线圈结构进行了仿真研究，分析了线圈凸出部分、线圈宽度、线圈直径、线圈拐角以及线圈与带材边缘相交长度等结构参数对感应器出口处带材温度分布的影响。
　　总结上述仿真结果，分析影响温度分布的关键因素，提出了一种新型横向磁通感应加热线圈结构。仿真分析结果表明，所提出的新型线圈结构感应器在出口处可获得更为均匀的带材温度分布。另外，对感应加热过程中的电磁力进行仿真分析，通过带材所受电磁力影响因素的分析，为带材感应加热装置系统的设计提供依据。
　　温度对材料参数的影响较大，并受带材运行速度的影响，横向磁通感应加热耦合过程复杂。为了简化计算，提出一种更为准确的运动带材感应加热磁-热耦合仿真方法。

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第一章 绪论

1.1感应加热

1.2横向磁通感应加热

1.3本文的主要研究内容

第二章 横向磁通感应加热耦合场仿真分析

2.1涡流场有限元分析

2.2温度场有限元分析

2 .3矩形线圈结构感应器耦合场仿真

2.4菱形线圈结构感应器耦合场仿真与实验

2.5本章小结

第三章 线圈结构对带材温度分布影响的仿真分析

3 .1线圈凸出部分对温度分布的影响

3 .2线圈宽度对温度分布的影响

3 .3线圈直径对温度分布的影响

3 .4线圈拐角对温度分布的影响

3 .5线圈与带材边缘相交长度对温度分布的影响

3 .6本章小结

第四章 新型横向磁通感应加热装置优化设计与分析

4.1感应加热器线圈结构优化设计

4 .2横向磁通感应加热电磁力仿真分析

4 .3本章小结

第五章 一种横向磁通感应加热磁-热耦合仿真方法

5 .1仿真方法

5 .2仿真结果

5 .3本章小结

第六章 结论

6.1研究成果

6.2创新点

6.3需进一步研究的问题

参考文献

攻读学位期间所取得的相关科研成果

致谢