注塑机料筒电磁感应加热实验研究与数值模拟

摘要

注塑机电磁加热系统以其加热效率高、加热速度快正逐渐被工业界所采用，但由于其涉及到电磁场和温度场两个物理场的相互作用和物理参数等性质的时变性，使其难以实现温度的精确控制，这也使得注塑机电磁感应加热系统在实际工业生产中没有得到很好地推广应用。那么研究料筒电磁感应加热的升温特点和规律，以便采取必要的措施与合理的加热参数，确保料筒电磁感应加热温度的均匀性就显得十分必要。基于以上原因，本课题主要通过注塑机料筒电磁感应加热的实验研究及料筒温度分布的数值模拟来研究电磁感应加热系统的参数辨识问题和工艺参数对加热效果的影响问题。
　　本文首先从电磁感应加热实验的需求出发，设计并搭建了注塑机料筒电磁感应加热实验台，完成了实验台机械结构和硬件装置设计，并利用Labview软件设计了温度采集系统，后续实验证明了该实验台能够满足实验要求;
　　其次本文利用等效变压器原理和热传导基本定律建立了注塑机电磁感应加热数学模型，利用实验台采集的数据对数学模型中的参数进行了辨识。针对实验台采集数据噪声较大和电磁感应加热参数时变性的特点，本文提出了采用分组对温度数据进行滤波和分段最小二乘算法对注塑机电磁感应加热系统进行参数辨识的办法，取得了良好的辨识效果，为注塑机电磁感应加热系统的精确温度控制和工艺参数对加热效果的影响研究奠定了良好基础;
　　然后本文针对电磁感应加热系统实际应用中存在的工艺参数影响问题，分别对不同加热功率、线圈间距、线圈匝数、隔热层厚度对加热效果的影响进行了单因素实验，而得出的参数对物理量的影响结果有利于电磁感应加热器的设计和优化;
　　最后本文应用有限元分析软件ANSYS对注塑机料筒电磁感应加热的电磁-热耦合过程进行了数值模拟，模拟分析了工艺参数（包括频率、电流大小、线圈尺寸、隔热层厚度、线圈间距等）对料筒温度的影响，通过实验与仿真模拟的比较，证明了模拟结果与实际测量结果的的有效性，为制定感应加热器的工艺参数奠定了基础。

目录

摘要

1 绪论

1．1 课题的背景及研究意义

1．2 电磁感应加热的原理及主要特点

1．2．1 电磁感应与涡流发热

1．2．2 集肤效应与透入深度

1．2．3 邻近效应与圆环效应

1．2．4 透入式加热与传导式加热

1．3 注塑机电磁感应加热的发展现状

1．3．1 国内电磁感应加热技术研究现状

1．3．2 国外注塑机电磁加热数值模拟技术研究现状

1．4 本文的主要内容

1．5 本章小结

2 注塑机电磁感应加热实验装置设计

2．1 设计内容及目的

2．2 设计要求

2．3 实验原理及装置方案

2．3．1 实验原理

2．3．2 实验方案

2．4 机械部分设计

2．5 硬件设计

2．5．1 系统硬件设计

2．5．2 系统硬件设备选型

2．6 软件设计

2．6．1 软件设计要求及运行窗口选择

2．6．2 软件程序设计

2．7 本章小结

3 注塑机料筒温度感应加热实验研究

3．1 注塑机电磁感应加热系统在线参数辨识研究

3．1．1 实验概述

3．1．2 实验原理

3．1．3 系统数据的采集

3．1．4 实验结果及分析

3．2 注塑机电磁感应加热影响因素实验研究

3．2．1 实验目的

3．2．2 实验原理及方法

3．2．3 实验结果及分析

3．3 本章小结

4 注塑机料筒电磁感应加热数值模拟

4．1 数学模型的建立

4．1．1 电磁场数学模型

4．1．2 温度场数学模型

4．2 注塑机料筒电磁感应单线圈加热分析

4．2．1 感应加热一维模型的建立

4．2．2 电磁场与温度场的耦合方法

4．2．3 材料特性及参数

4．2．4 一维模型网格划分

4．2．5 电磁场与温度场耦合模拟结果

4．2．6 参数变化对模拟结果的影响

4．3 注塑机料筒电磁感应双线圈加热分析

4．3．1 感应加热二维模型的建立

4．3．2．二维模型网格划分

4．3．3 电磁场与温度场耦合模拟结果

4．4 本章小结

5．结论与展望

5．1 结论

5．2 展望

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文

致谢

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