ВУЗ: Не указан
Категория: Не указан
Дисциплина: Не указана
Добавлен: 01.12.2023
Просмотров: 35
Скачиваний: 2
ВНИМАНИЕ! Если данный файл нарушает Ваши авторские права, то обязательно сообщите нам.
КУРСОВОЙ ПРОЕКТ
ТЕМА: МОДЕЛИРОВАНИЕ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА
Введение
Комплексы САПР (системы автоматизировнного проектирования) применяются во многих областях моделирования и проектирования: авиационной и космической промышленности, для работы в подводных и морских средах, в наземной технике, в электрических машинах и производстве, и д.р.
Современные САПР позволяютмоделировать индукционный нагрев с целью оптимизации процесса включения ошибок на стадий проектирования, подбора оптимальных параметров и материалов системы. В частности комплекс САПР «Elcut» позволяет моделировать электромагните, тепловые и упргие поля методом конечных элекментов. Метод конечных элементов (МКЭ) – это численный метод решения диференциальных уровнений с частными производными, а также интегральных уровней, возникающих при решении задачи физики. Метод широко используется для решения задачи механики деформируемого твердого тела, теплообмена гидродинамики, электродинамики и топологической оптимизации.
Проектирование представляет собой процесс создания технической документации, опытных образцов и моделей объекта, моделирования сред, работ и переходных процессов.
Существуют особенности моделирования в среде Elcut. В отличие от других САПР в Elcut можно не прибегая к помощи сторонних библиотек (например как в SolidWorks) решить смоделированные задачи методом МКЕ. Однако в среде Elcut не доступно трехмерное моделирование , но при решении ряда задач возможен импорт сторонних САПР (например SolidWorks).
В ходе выполнения курсовой работы необходимо описать согласующий трансформатор, смоделировать в среде Elcut систему индукционного нагрева и вывести результаты индукционного нагрева. Седлать заключение по работе и комплексе САПР Elcut.
Моделирование и расчет системы индукционного нагрева
-
Моделирование заданной системы в Elcut
Начинаем выполнение работы с составления файла геометрии модели (.mod) – он будет общим для всех файлов задач на каждом шаге расчета. Геометрическая модель для заданной системы приведена на рисунке 3
Рисунок. – Геометрическая модель системы в Elcut
В зоне нагрева в соответствии с рекомендациями к настоящей курсовой работе, выделяем несколько слоев, в которых в процессе расчет будем менять удельные тепловые и электрические свойства. На рисунке показана структура слоев нагреваемого металла
Рисунок – Слой закаляемой поверхности металла
Для того, чтобы средние температуры слоев вычислялись как можно точнее, следует боковые границы слоев располагать ближе к проекции боковых стенок индуктора на поверхность нагреваемого металла (зоне нагрева).
2. Расчет связанных задач.
Используя геометрическую модель из рисунка 3 выполняем расчет задачи переменного магнитного поля на начальном этапе индукционного нагрева. Данные необходимых параметров взяты из задания курсовой работы и приложения. Проводим пробный электромагнитный расчет и определяем среднее напряженности в полях металла представлены на рисунке 5:
Рисунок 6 – Плотность тока в закаляемых слоях металла на 1 шаге расчета
Стоит отметить, что в данной работе нас интересует изменения в индукторе.
2.2. Связь задачи и таблицы вычисляемых значений слоев
Для корректного выполнения расчета получить картинку распределения начальных температур в моделируемой области. Для этого создаем задачу вычисления поля температуры (типа данных - температурное поле). Температурное поле начальной закалки приведена на рисунке 7
Рисунок 7 – Начальные значения температурных полей заготовки
Вычисленные данные, в соответствий с данными приведены в таблице
| 2 3 4 | 388 380 364 |  4,63*  4,65 | 50,0685 50,1077 50,131 | 493 491 490 |
Таблица 2-2 шаг расчета (t=1,4с)
| Слой | Температура, К Проводимость, См/м | Теплопроводимость | Теплоёмкость, Дж (кг*К) |
| 1 | 702 2,95  | 44,2017 | 540 |
| 2 3 | 695 2,97 682 2,99 | 44,29 44,351 | 539 537,5 |
| 4 | 658 3,8  | 44,3987 | 536 |
Таблица 3-3 шаг расчета (t=2,6с)
| Слой | Температура, К Проводимость, См/м | Теплопроводимость | Теплоёмкость, Дж (кг*К) |
| 1 | 902 1,8 | 38,562 | 567 |
| 2 3 | 892 1,8 878 1,8  | 38,7004 38,812 | 565,5 564,5 |
| 4 | 850 1,8  | 38,8847 | 562,5 |
Таблица 4-4 шаг расчета (t=3,8с)
| Слой | Температура, К Проводимость, См/м | Теплопроводимость | Теплоёмкость, Дж (кг*К) |
| 1 | 1032 1,35 | 36,78 | 590,5 |
| 2 3 | 1022 1,37 1004 1,4 | 36,8134 36,997 | 590 588,5 |
| 4 | 978 1,8  | 37,0505 | 586 |
Магнитной проницаемости слоев нагреваемого металла из рисунка 6 и передаем полученные данные о мощности тепловыделения в слоях металла и индукторе в задачу нестационарной теплопередачи. Определяем здесь среднюю мощность тепловыделения в выделяемых слоях металла.
2.3. Нестационарная теплопередача.
Производим расчет нестационарной теплопередачи на первом шаге расчета.
Для определения температуры поверхности заготовки на первом шаге расчета воспользуемся линией температуре на рисунке 9 от поверхности в глубь слоев закалки и составим график на рисунке 10.
Рисунок 9 – Температура слоев после 0,2 с процесса нагрева
Рисунок 10- График перепада температур в слоях закалки при t=0,2c
Необходимо будет взять поле температур, и которое было определено как конечное на первом шаге расчета
Рисунок 11 – Температура слоев после 1,4с процесса нагрева
Рисунок 12- График перепада температур в слоях закалки при t=1,4 с
Данные корректировки параметров в соответствий с изменениями температур и времени необходимо принимать и для третьего и четвертого шага расчетов.