中頻感應(yīng)電爐熔煉過程中電磁場與溫度場的數(shù)值模擬技術(shù)研究.pdf

1、熔煉是鑄造生產(chǎn)的首要環(huán)節(jié),熔煉質(zhì)量和成本決定了鑄件的使用性能和加工成本。在諸多熔煉設(shè)備中,中頻爐以功率大、速度快、能耗低等優(yōu)點而備受關(guān)注,其應(yīng)用場合越來越多。對中頻爐熔煉開展研究不僅具有很大的理論價值,如實現(xiàn)中頻爐熔煉可視化及相關(guān)物理量的定量化研究;而且具有巨大的工程應(yīng)用價值,如優(yōu)化爐型、縮短熔煉時間、降低能源消耗、提高鑄件質(zhì)量,對促進(jìn)我國鑄造行業(yè)發(fā)展、實現(xiàn)低能耗綠色鑄造和國家降低單位產(chǎn)值能耗的目標(biāo)具有重要的現(xiàn)實意義。
　　本文針

2、對中頻感應(yīng)電爐熔煉過程,重點對電磁場和溫度場的數(shù)值模擬方面開展研究工作。首先介紹了中頻感應(yīng)電爐熔煉的原理,為后續(xù)的工作提供理論基礎(chǔ),接著在麥克斯韋方程組的基礎(chǔ)上建立了適合中頻爐熔煉過程中電磁場和溫度場耦合求解的數(shù)學(xué)模型。
　　然后,選用復(fù)矢量磁位與復(fù)標(biāo)量電位相結(jié)合的數(shù)值求解方法推導(dǎo)了熔煉中電磁場的數(shù)值控制方程,并給出了三維電磁場的有限差分離散求解方程、相應(yīng)的邊界條件、初始條件以及收斂性條件。以此同時,以傅立葉傳熱定律和能量守恒為理

3、論基礎(chǔ),得出了中頻感應(yīng)電爐加熱過程中電磁場和溫度場耦合的控制方程,采用有限差分法對耦合控制方程進(jìn)行離散求解,并給出了相應(yīng)的收斂性條件。
　　最后,對中頻爐熔煉中電磁場和溫度場的數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行驗證,為了研究工藝參數(shù)對熔煉的影響,對不同頻率和電流條件下半徑方向和高度方向的磁感應(yīng)強(qiáng)度的大小和分布特征進(jìn)行了分析和討論,并對單位網(wǎng)格吸收功率的分布進(jìn)行了探討。同時對爐料熔化過程中的溫度分布、爐料熔化特征和頻率、電流對溫度分布的影響等進(jìn)行了分