電磁加熱器具的案例
基于comsol的電磁加熱器具分析
基于comsol的電磁加熱器具分析
?
液體加熱器具的特殊要求IEC60335-2-15
其中IEC60335-2-15標準是針對液體加熱器的附加安全標準，其所適用的器具主要有咖啡壺、煮蛋器、熱奶器、燉鍋、蒸鍋、煮沸清洗器、酸奶器、電水壺、額定蒸煮壓力不超過140kpa，額定容量不超過10L的壓力鍋，以及其它產(chǎn)生沸水，額定容量不超過10L的熱水器等等。不作為一般家用但對可能對公眾構(gòu)成危險源的器具，如：可能在商店中、在輕工業(yè)中以及在農(nóng)場中由非專業(yè)人員所使用的器具，也在本標準的覆蓋范圍之內(nèi)。
以下以電水壺為例，針對IEC60335-2-15標準的安全測試及要求進行一個簡要介紹。
在測試前首先需要認定什么狀態(tài)才是產(chǎn)品的正常工作狀態(tài)，對于電水壺來說進行第10章的輸入測試是在額定的電壓下進行，首先電水壺中放入額定容積的誰，并蓋上蓋子。在這種情況下，我們認為在額定功率下測試為正常工作。
之后是器具的進行測試時的工作電壓的確定，對于電水壺這類器具我們通常是確定其額定功率的1.15倍或者0.85倍的情況下的測試電壓為工作電壓。
輸入功率測試：電水壺在額定電壓下正常工作測試它的輸入功率，這個功率需要計算得出，對于電水壺這類電熱型器具我們測試其輸入功率是在其工作一段時間后，使其輸入功率達到穩(wěn)定通過功率計可以直接讀取其輸入功率。然后我們可以根據(jù)標準的要求確定其是否合格。輸入功率見下表：
溫升測試： 在安全測試中溫升測試非常重要，開水壺的正常溫升測試是在1.15倍額定功率下進行。離心式榨汁機分為兩種不同的溫升測試要求，一是具有限溫器的電水壺，我們應該是在其限溫器動作后一分鐘內(nèi)復位或者動作后盡快復位，在其限位器第二次后測試結(jié)束，測量器溫升值。二是帶有控溫器的的電水壺，試驗應在水溫達到95℃并持續(xù)15min結(jié)束測試其溫升值。而對于其他的電水壺試驗應在電水壺內(nèi)水溫達到95℃后，持續(xù)5min后測試其溫升值。
展開 電磁爐加熱過程電磁-熱耦合仿真
電磁爐加熱過程電磁-熱耦合仿真
01
案例背景
電磁爐是日常生活中常見的家用電器，它是利用電磁感應原理對食物進行加熱，電磁爐的托盤是陶瓷材料，交變電流在線圈中的產(chǎn)生磁場，電磁爐鍋底放到托盤上，鍋體底部切割磁力線產(chǎn)生渦流，從而使鍋體本身發(fā)熱，用來加熱食物。
本案例采用INTESIM-Multiphysics分析軟件，對電磁爐物體加熱模型進行電磁-熱耦合分析，首先建立渦流場分析，利用軟件的耦合模塊，模擬電磁生熱到熱場的物理量傳遞過程，查看整體的溫度分布，最終得到電磁爐渦流場生熱過程的溫度分布，及被加熱物體的溫升。
02
案例功能特點
案例所屬物理場：多物理場INTESIM-Multiphysics
案例功能：渦流分析、電磁-熱耦合、非匹配網(wǎng)格映射插值
分析類型：諧態(tài)分析、穩(wěn)態(tài)分析
03
案例分析
網(wǎng)格模型
電磁爐有限元模型如圖1所示，電磁場網(wǎng)格與溫度場網(wǎng)格是兩套不同的網(wǎng)格，電磁場網(wǎng)格采用高階四面體單元，溫度場網(wǎng)格采用低階四面體單元，有限元模型如圖2所示。
展開 Simcenter MAGNET 電磁感應加熱應用——感應爐中的電磁懸浮
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(qū)，尤其是外徑以內(nèi)。該區(qū)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(shù)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(xiàn)出很好的一致性。
線圈位置導致碰撞結(jié)果：無法為適應所有變數(shù)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(zhí)行，也可持續(xù)進行。
對這種變數(shù)進行探索后，結(jié)果令人滿意。下圖顯示負載曲線計算示例。
開發(fā)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(shù)可以應用于此目標。LU 系數(shù)是指熔融負載質(zhì)量與爐料質(zhì)量之間的比率。如圖 所示，使用可移動感應線圈時，LU 系數(shù)高達 90% 以上。
結(jié)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(nèi)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(diào)用。
展開 
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(jié)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 飛機電磁加熱鉚接技術分析研究
摘 要：電磁加熱鉚接技術的出現(xiàn)很好的解決了飛機冷鉚接所存在的不足，對提升飛機鉚接質(zhì)量有著比較重要的改善作用。本文通過對飛機電磁加熱鉚接技術進行簡單的概述，結(jié)合我國電磁加熱鉚接技術在飛機鉚接過程中的實際情況，對具體的技術細節(jié)進行闡述，望能夠?qū)ξ覈w機應用電磁加熱鉚接技術有所指導意義。
中國論文網(wǎng) http://www.xzbu.com/8/view-6865955.htm
關鍵詞：飛機鉚接；電磁加熱；分析研究
一、飛機電磁加熱鉚接技術概述
鉚接技術作為對飛機進行結(jié)構(gòu)鏈接和修理最為關鍵的方法，主要應用在飛機機壁結(jié)構(gòu)上將蒙皮和部分物件進行鏈接，1970年之前飛機鉚接技術中還主要是采用冷鉚技術為主，冷鉚中主要采用氣動錘鉚、液壓壓鉚兩種方法，分別采用冷氣作為鉚接動力，冷鉚中所采用的鉚槍體積小，重量較輕，所以使用也就比較方便，這種鉚接技術能夠有所發(fā)展也是因為這一大優(yōu)勢。
1970年以后，隨著當代飛機設計使用壽命和可靠性的要求越來越高，大量欽合金、高強度鋼的應用越來越多，由于欽合金鉚釘?shù)挠捕雀撸苄圆睿T接時鉚釘桿的膨脹量小，不易填滿鉚孔，難以形成墩頭，并且經(jīng)常產(chǎn)生裂紋，這就不得不采用新的熱鉚接方法和工藝。國外如美國、俄羅斯熱鉚接設備主要采用電阻加熱的原理給鉚釘加熱后鉚接，如美國的隱形飛機機件大量采用熱鉚接方法，熱鉚接后基本看不出鉚釘?shù)暮圹E。
到目前為止，磁感應加熱原理的熱鉚接技術在我國還沒有應用到飛機結(jié)構(gòu)的鉚接，也無成型的電磁熱鉚接設備，因此開展電磁熱鉚接技術的研究研制具有自主知識產(chǎn)權(quán)的電磁熱鉚接設備具有十分重要的意義。
展開 基于Maxwell和fluent的電磁爐加熱分析 ￥18.8
上次為大家分享了ANSYS中的電磁和熱的耦合方法，獲取相應的溫升和結(jié)構(gòu)變形( 沒看過的同學可以回去看這里http://www.yqgqt.org.cn/content/post/309265).本次使用ANSYS當中的Maxwell和fluent對電磁爐加熱水進行分析。相對于ANSYS的熱分析方法，fluent軟件能更好的模擬物體表面的對流散熱，相對于對流系數(shù)的經(jīng)驗輸入，fluent的自動計算有更好的準確性。
圖1.空間溫度分布
基本原理為線圈在電磁爐中通電，然后在鍋底產(chǎn)生渦流，加熱鍋底，進而熱傳導到鍋中的水，加熱水升溫，其主要的散熱為周圍的空氣。
主要分析本次采用ANSYS中的Maxwell計算高頻在鍋底產(chǎn)生渦流，進而產(chǎn)生熱量，將熱量讀取到fluent中，設置fluent的散熱條件，將鍋中的水加熱到一定的溫度。
由于具體參數(shù)未知，該分析的所有輸入?yún)?shù)都是假設數(shù)據(jù)，所以其結(jié)果與真實結(jié)果有一定的差距，該方法供大家學習
1.建立耦合場分析環(huán)境
在workbench中建立Maxwell 和fluent的耦合場，將模型共享鏈接，將maxwell和fluent的setup鏈接，表示讀取maxwell的熱生成。
圖2 耦合流程建立
2.Maxwell建立渦流場分析
在maxwell當中建立相應的模型，賦予材料，建立region域，設置線圈的電流和輸入端，建立求解，輸入相應的高頻，求解之后提取結(jié)果，可以獲取相應的電流密度和功率損耗。
圖3.Maxwell渦流場分析
圖4 功率分布
3.fluent建立溫度場分析
在fluent的DM中讀取maxwell的幾何模型，系統(tǒng)自動將region過濾掉，只讀取了相應的實體模型，在DM中建立熱分析的空氣域，模型最好將空氣的上側(cè)建立多一些，這樣更容易表示散熱的效果。
展開 COMSOL這個模型再不會不應該了昂(電磁加熱模型)
Q235 鋼材含碳量在0.12%~0.20%之間，熔點為1493 ℃，屈服值隨材質(zhì)厚度的增大而減小，電磁感應線圈采用型號 GN500 規(guī)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(tǒng)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(chǎn)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(gòu)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(shù)；ε0 為真空介電常數(shù)，F(xiàn)/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(jīng)典的感應理論中，推導出的解從式 （8） 線圈產(chǎn)生的磁場開始；也可從磁矢量勢A推導，式 （9）采用擬靜態(tài)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 基于COMSOL軟件模擬食品帶運輸過程中的電磁加熱過程 ￥800
<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(chǎn)生交變磁場、當用含鐵質(zhì)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(chǎn)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(guī)則運動，載流子與原子互相碰撞、摩擦而產(chǎn)生熱能。從而起到加熱物品的效果。因為是鐵制容器自身發(fā)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(zhuǎn)化率</a>特別高，最高可達到95%是一種直接加熱的方式。
展開 電磁爐加熱溫度低查不到原因？老師傅給你做總結(jié)分析，管用！
在電磁爐使用過程中，很多朋友遇到過明明電磁爐功率已經(jīng)開到最大，但是依舊不溫不火，功率上不來，造成這種現(xiàn)象原因很多，但是把頭緒理清了，卻也不是怎么復雜，下面我就一步步給大家做一個分析和總結(jié)。
1首先查在電磁爐上使用的鍋具是否符合要求，平底，鐵質(zhì)（不帶磁性的不銹鋼也不行），鍋底大小都要符合要求，不符合要求的鍋具，檢鍋電路會反饋給CPU啟動保護。
2，檢查市電是否在正常范圍內(nèi)，如果市電過低或過高，電磁爐都會啟動保護。
3，檢查主板上面的300V，18V,5V三個電壓是否正常，這三個電壓中有任何一個不正常，電磁爐都不能正常工作，這三個電壓的詳細情況，我在前面的文章中都有詳細介紹。
4，檢查勵磁線圈，和勵磁線圈并聯(lián)的諧振電容。本來，勵磁線圈是很少壞的，但是現(xiàn)在很多不良廠家為了節(jié)約生產(chǎn)成本，將勵磁線圈改用鋁線制作，這就容易出問題了。
諧振電容失效或容量降低，都會引發(fā)此故障（數(shù)字萬用表測電容，大家都會嗎）。
5，檢查一下可調(diào)電阻是否不良或損壞，就是線路板旁邊的一個小電位器，這個元件壞的情況也是比較多的
6，查一查LM339比較器輸入電壓，如果其輸入電壓比較低，那么久查查和他這個引腳有關聯(lián)的元件，找出使電壓變低的元件
基本上，電磁爐加熱溫度過低或者說輸出功率低要查的電路，就是這些，當然，具體還可以細分，這就要具體看什么型號的電磁爐了，我希望教給大家的是漁，而不是魚。
聲明：版權(quán)歸原作者所有，本文轉(zhuǎn)載只為學習分享，無商業(yè)用途，向原作者致敬，因部分文章來自網(wǎng)絡并多次轉(zhuǎn)載，未能找到原作者和原始出處，還望諒解，如若侵權(quán)，請掃碼關注小編微信號（woxinyijiu55828），會在第一時間處理，多謝！
展開 大連理工大學賓月珍教授團隊《CEJ》：天然橡膠增韌碳納米管巴基紙及其在電磁屏蔽，導熱，焦耳加熱和摩擦納米發(fā)電等領域的應用
可穿戴電子設備的快速發(fā)展在改善人們生活水平的同時，也產(chǎn)生了電磁輻射。電磁污染不僅會影響設備的正常運行，甚至會威脅到人類的健康。碳納米管巴基紙（Buckypaper, BP）由于優(yōu)異的導電性被廣泛于電磁屏蔽領域。之前該課題組探討了碳納米管在不同溶劑中的分散性及真空過濾成膜性，并詳細研究了BP的結(jié)構(gòu)及其性能（Compos. Sci. Technol. 2019,181,107699. Mater. Design. 2019,184,108175.）。雖然BP具有優(yōu)異電磁屏蔽性能（EMI SE），在35 μm厚時EMI SE為31.2 dB，但其斷裂伸長率僅為2%，這限制了其進一步的應用。研究人員通過真空過濾、超聲波浸漬、交聯(lián)等方式將高分子材料引入BP來改善其柔韌性。但BP斷裂伸長率增加并不明顯，同時操作過程太復雜，涉及特殊條件，程序和設備。因此簡單高效制備兼具高柔韌性和高電導率的BP仍存在困難。此外除了優(yōu)異的電磁屏蔽性能，還應考慮在實際應用中對多功能的要求，如兼具導熱、焦耳加熱、摩擦發(fā)電、傳感、阻燃等。
展開 
東華大學葉長懷/廖耀祖ACS AMI：基于生物可再生原料制備高電導率水性導電油墨用于電磁屏蔽、焦耳加熱和應變傳感
他們將這種導電油墨用來制備功能性導電織物，這種織物表現(xiàn)出優(yōu)異的電磁屏蔽（圖5）、焦耳加熱（圖6）和應變傳感性能（圖7）。這種簡單、綠色方法制備的高導電墨水有望成為潛在的大規(guī)模制造柔性和可穿戴電子器件的重要候選材料。
圖 4. 導電涂層的電磁屏蔽性能表征
圖 5. 導電織物的電磁屏蔽特性
圖 6. 導電織物的焦耳加熱特性
圖 7. 導電織物的應變傳感特性
相關成果以“Biomass-Derived, Highly Conductive Aqueous Inks for Superior Electromagnetic Interference Shielding, Joule Heating, and Strain Sensing”為題，發(fā)表在ACS Appl. Mater. Interfaces（doi.org/10.1021/acsami.1c17170）上。東華大學21級碩博連讀生王悅為該論文的第一作者，東華大學廖耀祖研究員和葉長懷研究員為本論文的共同通訊作者。感謝國家自然科學基金 (51903046，52073046，51873036，U20A20257)、上海市科委（20JC1414900，20JC1414901）的聯(lián)合基金、上海市優(yōu)秀學術帶頭人計劃（21XD1420200）、上海市曙光計劃（19SG28）、上海市自然科學基金（19D3859）以及先進纖維與材料國際聯(lián)合實驗室等的資助。
展開 