Введение к работе
Актуальность. В современных экономических условиях
потребителями продукции металлургических предприятий
(машиностроительной, строительной, транспортной и других отраслей) предъявляются вес более высокие требования к качеству продукции, производимой данной отраслью. При этом, наряду с повышением спроса на качество металлических сплавов и изделий из них, потребитель отдает предпочтение продукции с меньшей стоимостью. В связи с этим, понижение себестоимости продукции и повышение се качества являются одними из важнейших задач, стоящих перед металлургическими предприятиями.
Одним из наиболее перспективных путей решения поставленной задачи является создание высокопроизводительных, экономичных устройств и технологий для получения металлов и сплавов, а также индукционной термической обработки изделий из них. Важное место при этом отводится разработке новых и развитию существующих методов расчета устройств индукционного нагрева (УИН). К таким устройствам относятся индукционные канальные (ИКП) и тигельные печи, индукционные установки для сквозного нагрева и поверхностной закалки и др.
Наиболее перспективным направлением при исследовании и проектировании электротехнических и электротехнологических устройств является использование методов математического моделирования. Это обусловлено быстрым развитием компьютерной техники и ее математического обеспечения. При таком подходе реальная индукционная система заменяется математической моделью, способной воспроизводить характеристики реальной системы и позволяющей в явном виде находить интересующие параметры исследуемых устройств.
Основная трудность при проектировании устройств индукционного нагрева заключается в отсутствии на сегодняшний день универсальной методики расчета, учитывающей в полной мере основные особенности преобразования энергии в рабочей области устройств индукционного нагрева, анизотропность и нелинейность сред, входящих в эти устройства. Существующие методики построены на ряде допущений, ограничивающих расчетную модель в рассмотрении многих важных физических явлений, протекающих в процессе преобразования энергии в индукционной системе. Поэтому развитие методов математического моделирования устройств индукционного нагрева является актуальной задачей.
Целью работы является развитие и адаптация методов математического моделирования для исследования физических процессов в устройствах индукционного нагрева, содержащих среды с явно выраженными анизотропными и нелинейными свойствами, а также жидкометаллические среды.
В соответствии с целью работы ставятся следующие задачи исследования:
-
Анализ методов математического моделирования устройств индукционного нагрева.
-
Адаптация методов интегральных преобразований, граничных коллокаций и дискретизации свойств сред к анализу электромагнитных процессов индукционных систем «индуктор-цилиндрический канал с жидким металлом».
-
Развитие метода дискретизации свойств сред для анализа электромагнитного поля в анизотропных и нелинейных средах.
-
Моделирование электромагнитных и гидродинамических полей на физических моделях и промышленных индукционных канальных печах.
-
Сравнение результатов математического и физического моделирования, построение методики проектирования индукционных канальных печей.
Научная новизна. Путем совмещения методов интегральных преобразований, граничных коллокаций и дискретизации свойств сред проведен анализ электромагнитного поля индукционной системы «прямоугольный индуктор - цилиндрический канал» с вращающимся жидким металлом, что позволило выявить влияние распределения скорости вращения жидкого металла по радиусу на дифференциальные и интегральные характеристики индукционных систем.
Развит метод дискретизации свойств сред применительно к расчету нелинейных индукционных систем, в результате чего исследовано влияние нелинейных параметров ферромагнитных сред на распределение электромагнитного ноля в индукционной системе.
Практическая значимость работы.
-
Разработаны алгоритмы и составлены программы для исследования электромагнитных и магнитогидродинамических процессов в индукционных канальных печах.
-
Создана методика инженерного расчета электрических характеристик индукционных канальных печей.
-
Разработанные алгоритмы и программы использованы кри модернизации печей типа ИАК на АО «КраМЗ-Лит» г.Красноярск.
-
Ряд теоретических результатов и методика проектирования индукционных канальных печей использованы в лекционных курсах «Математическое моделирование электротехнологических установок», «Установки индукционного нагрева» и курсовом проектировании специальности 18.05.00 - «Электротехнологические установки и системы».
Положения выносимые на защиту:
совместное использование методов интегральных преобразований, граничных коллокаций и дискретизации свойств сред для исследования и проектирования устройств индукционного нагрева, в том числе и индукционных канальных печей с электромагнитными вращателями металла в канальной части;
адоптация метода дискретизации свойств сред для анализа электромагнитного поля в расчетных областях, содержащих среды с анизотропными и нелинейными характеристиками;
методика проектирования индукционных канальных печей на основе разработанных математических моделей индукционных устройств
Апробация работы. Основные положения диссертации докладывались на 4-ой международной конференции «UNCONVENTIONAL ELECTROMECHANICAL AND ELECTRICAL SYSTEMS» (Санкт-Петербург 21.06.1999), 2-ой всероссийской научно-практической конференции «Достижения науки и техники - развитию сибирских регионов» (Красноярск 16.03.2000) и 6-ой всероссийской научно-технической конференции «Перспективные материалы, технологии, конструкции - экономика» (Красноярск 25.05.2000). Публикации. По основным результатам проделанной работы
опубликовано семь печатных работ.
Структура и объем диссертации. Диссертация состоит из введения,
четырех глав и заключения, изложенных на /У/страницах машинописного
текста, содержит уг рисунка, таблиц, список литературы из /У
наименований и *б приложений.
