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    感應熔煉過程中的熱傳遞

    [2014/7/1]

        感應熔煉的基本原理是電磁感應原理和電流熱效應原理,將其內部假設為圓柱體,簡化后的物理模型如圖l所示。感應線圈接入交變電流,在周圍空間產生交變磁場,該磁場的磁力線將部分穿透爐內金屬爐料。交變磁場的磁通量變化產生感應電動勢,爐料內部將會產生感生電流,該電流在有一定阻抗的金屬爐料內部流動,產生的熱能加熱金屬爐料并熔化成熔體。

        熔煉作為鑄件生產的首要環節,控制金屬液的質量和感應熔煉成本對鑄件質量和生產成本具有重要意義。感應電爐作為主要的熔煉設備,能使金屬液溫度均勻化,金屬液氧化易控制和熔煉過程元素燒損少,被用在越來越多的場合。近年來,利用計算機技術對電爐感應熔煉過程優化的研究顯示出強大的優勢。國外一些學者對磁性和非磁性材料進行橫向磁通感應加熱研究,建立描述電磁場強度的模型;采用有限元法和邊界元法,研究考慮相變的耦合熱電磁流體動力學模型,其結果為工業爐設計提供了一定依據。哈爾濱工業大學的郭景杰建立水冷銅坩堝感應熔煉過程的溫度場模擬計算模型,并推導了爐料半徑方向上單個網格功率計算模型。肖新棉等推導了感應加熱線圈電磁場分布規律,但未能對實際傳熱過程進行合理計算。航空工業第五設計院的干肇智采用有限差分法對感應加熱工件溫度部分進行模擬,并編制加熱程序。重慶大學的朱壽禮研究了中頻無芯感應熔煉過程的溫度分布和相界面移動特性,并討論了電流的集膚效應。

        綜上所示,大多學者的研究工作多針對單物理場,鮮有耦合多物理場研究,并且結果的可視化較差,不便于分析:或者研究感應加熱在單一工件上的應用。本研究將在華中科技大學凝固模擬課題組現有的計算機數值模擬仿真技術之上,針對感應電爐熔煉的特點,對其熔體傳熱行為進行數值模擬,定量預測其溫度場和揭示該行為的規律,對實際生產中調整電爐熔煉工藝參數有一定的指導作用。 

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