電磁感應加熱
關注創建者：胖子1號 創建時間：2020-02-16
電磁感應加熱的視頻教程
comsol電磁感應加熱自然對流、強制對流仿真
電磁感應加熱與傳熱、流體耦合仿真。 2. 頻域瞬態與頻域穩態分別仿真并對比仿真結果。 3. 自然對流與強制對流仿真結果對比。 4. 后處理磁場云圖分布、溫度云圖分布、流速壓力分布提取。
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電磁感應加熱workbench中maxwell-transient thermal耦合分析
本教程主講ansys workbench中maxwell-transient thermal電磁感應加熱的仿真，注重實際案例分析及基礎原理介紹，使學習者盡快走進感應加熱領域。
￥49.9 1小時27分鐘 2547播放
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Abaqus 電磁-熱傳導耦合分析實例
Abaqus 電磁-熱傳導耦合分析實例 中高頻電磁感應加熱是利用電磁感應在感應線圈（一般為銅管）內產生渦流熱效應來加熱工件的電加熱，該方法以其效率高，控制精確，污染少，安全性好等優點在工業生產中得到廣泛應用，如圖1所示。
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電磁感應加熱的實例教程
玩具熊制作過程中的電磁感應加熱仿真 ￥500
<p>本案例建立了一電磁感應加熱裝置，基于COMSOL軟件模擬了玩具熊制作過程中的電磁感應加熱過程，幾何模型如圖1所示。仿真結果如圖2所示。</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/c56395adfdc648d499ba30783ae4df9c.png" alt="Untitled31.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>圖1 幾何模型</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/15e33f57252c4a27bde1c88a8cea9746.png" alt="Untitled32.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>電磁場分布</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202205/imgs/d67d0fbcaa8f41998b375f893ed5367a.png" alt="Untitled33.png"></p><p class="ql-align-center"><strong>玩具熊的電磁感應加熱制作過程</strong></p><p>感興趣的朋友可以下載模型，歡迎交流合作</p>
展開 Q235 鋼材含碳量在0.12%~0.20%之間，熔點為1493 ℃，屈服值隨材質厚度的增大而減小，電磁感應線圈采用型號 GN500 規格為 4mm2耐高溫編織云母線。
3、電磁場渦流場控制方程
電磁加熱系統由電磁加熱控制板和加熱線圈兩部分組成，電磁控制加熱板將工頻交流電整流、濾波、逆變成高頻交流電，交流電流過線圈并產生交變磁場，電磁感應加熱中麥克斯韋方程組如下：
?·H = J （1）
?·E = - ?B/?t（2）
?·D = ρ （3）
?·B = 0 （4）
式中：?為漢米爾頓算子；向量H為磁場強度，A/m；向量J為電流密度，Α/m2；向量D為電通密度，C/m2；向量 B 為磁感應強度，T；向量 E 為電場強度，V/m；ρ 為電荷密度，C/m3。
同時，4個向量H、E、D、B由以下方程構成：
B = μrμ0H （5）
D = εrε0E （6）
J = σE （7）
E = ?V - ?A/?t（8）
? 2A?/?r2 +?A?/r·?r +? 2A?/?z2 - A?/r2 = μ0μrσ· ?A?/?t（9）
式中：μr為相對磁導率；μ0為真空磁導率，H/m；εr為介電常數；ε0 為真空介電常數，F/m；σ 為電導率，S/m；向量A為磁矢勢；r為磁感應線圈截面半徑，m。
在經典的感應理論中，推導出的解從式 （8） 線圈產生的磁場開始；也可從磁矢量勢A推導，式 （9）采用擬靜態方法求解。這里采用圓柱坐標系，采用二維軸對稱模型求解方程。
展開 <p>電磁加熱也稱電磁感應加熱，即電磁加熱(外文:Electromagnetic heating縮寫：EH)技術，電磁加熱的原理是通過電子線路板組成部分產生交變磁場、當用含鐵質容器放置上面時，容器表面即切割交變<a href="https://baike.baidu.com/item/%E7%A3%81%E5%8A%9B%E7%BA%BF/1868302" rel="noopener noreferrer" target="_blank">磁力線</a>而在容器底部金屬部分產生交變的電流（即<a href="https://baike.baidu.com/item/%E6%B6%A1%E6%B5%81/620414" rel="noopener noreferrer" target="_blank">渦流</a>），渦流使容器底部的載流子高速無規則運動，載流子與原子互相碰撞、摩擦而產生熱能。從而起到加熱物品的效果。因為是鐵制容器自身發熱，所以熱<a href="https://baike.baidu.com/item/%E8%BD%AC%E5%8C%96%E7%8E%87/2287418" rel="noopener noreferrer" target="_blank">轉化率</a>特別高，最高可達到95%是一種直接加熱的方式。
展開 對于超大直徑超壁厚的此類容器，卡式爐加熱是我國加氫反應器總裝環縫局部熱處理的主要方法[5]。加氫反應器材料為加釩鋼時，熱處理溫度為 705 ℃±14 ℃[4]。材料為鉻鉬鋼時，熱處理溫度為 690 ℃±14 ℃。保溫過程中的溫差不能超過 28 ℃[4]。可見，加氫反應器在局部熱處理中對溫度均勻性的要求較高。溫度過高或過低都不利于獲得最佳的母材、焊縫的抗回火脆化性能和理想的綜合力學性能。目前，工業上對大型承壓設備進行局部焊后熱處理的加熱方式主要包括陶瓷電阻加熱片加熱、火焰加熱和感應加熱[6]。陶瓷電阻加熱片加熱的最大壁厚為 70 mm。卡式爐、模塊爐通常采用火焰加熱，能源消耗巨大，能量利用率低，不符合國家對節能環保的要求。現場采用卡式爐進行熱處理需要重新布置天然氣管線，成本昂貴。除此之外，對于現場立式加氫反應器總裝縫的熱處理也是不適用的。產品大型化后現場制造的案例越來越多，總裝環縫最終焊后熱處理手段較少，亟需開發先進的加熱方式。感應加熱技術[7-8]具有清潔、高效、節能、環保的優勢，在國內核電、風電、船舶、航空等有著廣泛的現場應用。因此，采用感應加熱進行焊后熱處理是一種可行的加熱方式。
研究人員對感應加熱溫度均溫性進行了有益的有限元模擬和試驗研究。李向國等[9-10]采用有限元方法對堆芯補水箱筒體內壁和管板一次側堆焊及焊后消氫感應加熱溫度場進行了數值模擬，分析了感應加熱過程中感應線圈結構和參數對溫度場分布的影響，實際溫度測量比模擬溫度吻合較好。陳保潔[11]利用有限元軟件對圓管型焊縫進行感應加熱模擬，提出了內外保溫及變電流的加熱方式滿足熱處理溫差要求。馮曉明[12]以加氫反應器彎管為研究對象，研究了采用不同纏繞匝數及升溫速率等試驗參數組合下的工藝曲線，為電磁感應加熱技術提供參考。孫國輝等[12]探討了蒸汽發生器管板堆焊時采用感應加熱預熱和后熱的可行性。
展開 一般而言，負載彎月形計算確定熔融負載形狀，其液壓等于線圈磁場的電磁壓力。
第三條曲線顯示二階橢圓體，其底部直徑等于固體負載直徑和熔融負載體積。Simcenter MAGNET 模塊磁場集中分布在熔融負載區，尤其是外徑以內。該區域的磁場強度可用來確定最初的彎月形高度和底部直徑（下圖 曲線 2）。
下圖 曲線 2 與 Simcenter MAGNET 生成的電磁壓力曲線不兼容（見下圖 a）。兩條曲線在兩端重合，中間段各異。改進曲線兼容性的方式有兩種：a) 感應線圈設計，以及 b) 感應線圈位置。
從一開始就采用線圈設計方法：該設計采用圓柱和圓錐線圈匝數組合。它在設計初期即已展示出理想的效果。上圖b 曲線體現出很好的一致性。
線圈位置導致碰撞結果：無法為適應所有變數找到最佳線圈位置。相關方面作出設計更改，將工藝流程中的感應線圈從爐頂加熱改為爐底加熱。設計更改可與時間步同步執行，也可持續進行。
對這種變數進行探索后，結果令人滿意。下圖顯示負載曲線計算示例。
開發方法效率通過估算熔爐負載利用率來確定。負載利用率 (LU) 系數可以應用于此目標。LU 系數是指熔融負載質量與爐料質量之間的比率。如圖 所示，使用可移動感應線圈時，LU 系數高達 90% 以上。
結論
在這個案例中充分運用Simcenter MAGNET對感應爐與冷坩堝計算，有利于設計出熔融金屬與爐內坩堝接觸最少的熔爐。這顯著降低了負載污染。
Simcenter MAGNET在三維電磁場求解問題上求解效率高占用計算資源少。
Simcenter MAGNET求解器自帶了電磁-熱耦合分析，可以支持各種類型的電磁加熱相關問題。
Simcenter MAGNET腳本功能十分強大支持進行各種方式的求解調用。
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電磁感應加熱的最新內容
1.三維電磁感應加熱（附帶完整計算命令流及注釋說明）2.鋼球的淬火（附帶完整計算命令流及注釋說明）3.二維靜態磁場分析（附帶完整計算命令流及注釋說明）。
之前介紹了一個感應加熱同時進行淬火2D的一個例子。
DEFORM利用邊界元法模擬感應加熱+淬火[2D ]
后臺有同學需要3D的例子，其實和2D差不多，所不同的是3D的感應線圈需要設置電流出入口。
此示例同樣需要一個額外的 DAT 文件 (DEF_INDH.DAT)，與2D內容一樣。
本次材料和DAT文件與2D案例一樣。
要點：
感應加熱3D
本來打算采用瞬態模塊，實際想達成的電流效果是這樣的：
f=250Hz
但模擬中發現有兩個問題：
1.當頻率較高時，生成的函數會出錯；
f=2500Hz
2.頻率較高時，為了能對電流曲線充分采樣，步長必須設置比較小，導致計算時間非常長；
由于不是很清楚頻域模塊的具體計算步驟，進行嘗試：將電流定義為一個分段周期函數，改變頻率
<p class="ql-align-justify">關鍵詞：感應加熱；電磁場；Maxwell；渦流效應；多物理場耦合</p><p class="ql-align-justify">感應加熱是一種利用電磁感應原理，通過交變電流在金屬工件中產生渦流使其加熱的過程。
基于comsol的電磁加熱器具分析
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感應電機（通常指異步電機）的電磁計算是電機設計中的一個重要環節，它涉及到電機的電機設計、制造、故障分析與診斷、科學研究與技術創新以及節能減排等方面都具有重要意義。以下內容以某感應電機為例介紹電磁計算的過程。
建模設置
1）幾何建模
建立三相感應電機2D仿真半模型。半模型中包括：定子、轉子、轉軸、雙層定子繞組和轉子導條，其中定子有24個定子槽，
感應加熱階段，電磁線圈內定義150kHz頻率的1200A感應電流進行齒輪加熱，加熱時間2s，然后關閉感應線圈，進行淬火冷卻，冷卻時間7s內。
圖1 齒輪含空氣的簡化模型
為正確計算電磁場，另外需要對齒輪周圍的空氣進行建模，齒輪附近的空氣已采用精細網格建模（接觸體：InnerAir和BelowGearAir），而遠離齒輪的空氣則采用粗網格建模（接觸體：OuterAir）。
前言
電磁感應透明（EIT）最早在量子力學中提出，但是量子系統實驗條件十分苛刻且費用較高，超材料的出現對電磁感應透明的研究提供了一種新的方法。利用超材料單元結構設計靈活，通過排列不同結構可以實現操控電磁波而且能夠在常溫下實現類 EIT 效應，極大地降低了量子系統中 EIT 效應的苛刻實驗條件，吸引了廣大研究人員的興趣與研究。EIT 超表面的窄帶、高效透射窗口可用作濾波器和光開關器件。依據 Kramers-Kronig
[4] 何海崗，楊銀初，王志藝，等．變頻控制電磁感應加熱技術在鋁擠壓模具爐上的應用[J]．機電工程技術，2022,51(9):212-214.
[5] 楊晶琦．電力電子器件原理與設計[M]．北京：國防工業出版社，1999.
[6] 崔巍．摩擦副表面織構特征對潤滑特性影響規律的研究[D]．西安：西安理工大學，2013.
(3) 電磁感應加熱清潔、環保、高效，加熱參數調整方便，控溫精度高，可在大型厚壁容器局部熱處理中推廣應用。
參 考 文 獻
[1] 申文飛，張立文，張馳，等. 加氫反應器焊后局部熱處理過程數值模擬與工藝優化[J]. 金屬熱處理，2018，43(2)：213-217.
