Моделирование индукционного нагрева изотермического контейнера
Важнейшая особенность нагрева жидкости в изотермическом контейнере. Определение явления теплопроводности в жидких и твердых телах. Повышение равномерности прогрева сложной физически неоднородной среды. Характеристика распределения вихревых токов.
| Рубрика | Физика и энергетика |
| Вид | статья |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 06.05.2018 |
| Размер файла | 302,7 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
Национального исследовательского университета «МЭИ»
МОДЕЛИРОВАНИЕ ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА ИЗОТЕРМИЧЕСКОГО КОНТЕЙНЕРА
Ларькина Т.С.
г. Смоленске
Высокая популярность индукционного нагрева обоснована возможностью регулирования пространственного расположения зоны протекания вихревых токов, а, следовательно, и нагрева; высокоскоростной разогрев любого электропроводящего материала; возможность передачи электрической энергии непосредственно в нагреваемое тело, которая позволяет осуществить прямой нагрев проводниковых материалов; надежность, долговечность; обеспечивает высокие КПД и cos ц на промышленной частоте тока 50 Гц [1, 2].
Один из возможных вариантов конструктивного исполнения установки для термической обработки продуктов питания приведен на рисунке 1 [3].
Рис. 1 - Модуль тепловой обработки
Так как рассматриваемая система сложная и охватывает собой процесс теплообмена между жидкостью (водой) и твердыми телами при их непосредственном соприкосновении. Нагрев жидкости в изотермическом контейнере происходит за счёт джоулева тепла, выделяющегося под действием индуцированных в стенках и днище изотермического контейнера токов. Следовательно, этот процесс осуществляется одновременным действием теплопроводности и конвекции с распределенными объемными параметрами. нагрев изотермический теплопроводность ток
Тепловое состояние отдельных частей тела в процессе теплопроводности различно, то в общем случае температура является функцией координат x, y, z и времени ф, то есть [4]:
t=f(x,y,z,ф)
Явление теплопроводности в жидкостях и в твердых телах вполне может определяться градиентом температуры и коэффициентом теплопроводности. Иначе обстоит дела с явлением конвекции. Перенос тепла здесь неразрывно связан с переносом жидкости.
В нашем случае количество переданного тепла является функцией формы Ц, размеров lx,ly,lz, температуры фi, материала и поверхности нагрева изотермического контейнера и содержимого этого контейнера, а именно: физических параметров нагреваемых объектов - коэффициентов теплопроводности лi, теплоемкости ci, плотности сi стеклянных банок, металлических крышек для закупоривания и содержимого стеклянных банок, а также скорости жидкости ?, ее температуры ф, физических параметров жидкости (воды) - коэффициента теплопроводности л, теплоемкости c, плотности с, вязкости м. Таким образом [5],
Q=f(Ц lx,ly,lz,фi,?,ф,л,c,с,м,лi,ci,сi)
Сложная физически неоднородная структура нагреваемой системы, а также неравномерное распределение скорости потока по объему не позволяют использовать для решения тепловой задач аналитические методы расчета, поэтому в данной принимаем следующие допущения:
· ограничиваемся двухмерным пространством;
· при изучении нестационарных тепловых процессов пренебречь влиянием переходных режимов электромагнитного поля ввиду малой инерционности электромагнитных процессов в сравнение с тепловыми;
· рассматриваем более упрощенную систему относительно содержимого установки, т.е. такой вариант, когда во внутреннем контейнере расположена стеклянная емкость формой, повторяющей внутренний контейнер установки. Данная стеклянная емкость заполнена однородной средой - водой;
· индуктор выполнен в форме спирали Архимеда;
· частоту принимаем равной f=5000 Гц.
С учетом принятых допущений имеет место раздельное решение электромагнитной и тепловой задач.
Произведем моделирование в среде ELCUT 5.1 Professional. На рисунке 2 приведено в разрезе распределение вихревых токов на дне контейнера при нагреве установки для термической обработки продуктов питания.
Рис. 2 - Распределение вихревых токов (увеличено и включена сетка конечных элементов)
Для тепловой задачи задаются конвективные условия теплообмена на внешних границах и условия сопряжения двух сред на внутренней границе. Результаты моделирования тепловой задачи приведены на рисунке 3.
Рис. 3 - Распределение тепла в контейнере
Как видно на рисунке 3, в данной системе за единицу времени имеет место неравномерный прогрев.
Этот вопрос становится особенно острым, когда объем изотермического контейнера будет заполнен не однородной средой (водой), а иными твердыми телами (сельскохозяйственной продукцией), обладающими более высокой вязкостью, которые необходимо нагревать до определенной температуры и поддерживать ее в течение определенного периода времени. С целью повышения эффективности нагрева можно применить несколько способов:
· применение различных конструктивных вариаций изотермического контейнера (например, вариант исполнения дна изотермического контейнера со впадинами, в которые будут помещены два индуктирующих провода, токи в которых равны и направлены одинаково),
· вариант монтажа ферромагнитного стержня по центру внутри изотермического контейнера,
· применение иных ферромагнитных емкостей внутри контейнера.
Литература
1. Ларькина Т.С. Исследование процесса нагрева изометрического контейнера индукционным нагревом/ Т.С. Ларькинаа; Науч. рук. канд. техн. наук, доц. Г.С. Леневский// Информационные технологии, энергетика и экономика. XI международная научно-техническая конференция. Сборник трудов. 17-18 апреля 2014, г. Смоленск - Смоленск: ФГБОУ ВПО “НИУ МЭИ” в г. Смоленске, 2014.
2. Розанов Ю.К. Полупроводниковые преобразователи со звеньями повышенной частоты / Ю.К. Розанов. - М.: Энергоатомиздат, 1987. - 184 с.: ил.
3. Ларькина Т.С. К вопросу формирования общей конструкции системы индукционного нагрева / Т.С. Ларькина; Науч. рук. канд. техн. наук, доц. Г.С. Леневский // Новые горизонты: материалы международной конференции-конкурса, Брянск, 19 марта 2014 г./ [Текст] + [Электронный ресурс]/под ред. О.М. Голембиовской. - Брянск: БГТУ, 2014. - С. 13-14.
4. Михеев М.А., Михеева И.М. Основы теплопередачи. // М.: Энергия. 1977. С. 344 с ил.
5. Слухоцкий А.Е., Рыскин С.Е. Установки для индукционного нагрева. // Л.: Энергоиздат, 1981. С. 326 с ил.
Аннотация
В статье рассмотрено моделирование процесса индукционного нагрева изотермического контейнера. Приведены мероприятия по повышению равномерности прогрева сложной физически неоднородной среды.
Ключевые слова: индукционный нагрев, моделирование, равномерный прогрев, сельскохозяйственная продукция.
The article considers the modeling of induction heating of the insulated container. There are measures to improve the uniformity of the heating of the complex physically inhomogeneous medium.
Keywords: induction heating, modeling, uniform heating, agricultural products.
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Физическая сущность электроконтактного способа нагрева. Характеристика нагревательных установок. Характеристика материала заготовок. Особенности расчёта и проектирования. Основные технико-экономические показатели электроконтактного способа нагрева.
курсовая работа [5,8 M], добавлен 23.05.2010Расчет горения топлива. Объёмы компонентов продуктов сгорания, истинная энтальпия. Время нагрева металла в печи с плоскопламенными горелками. Расчет основных размеров печи. Определение расхода топлива. Выбор горелок для нагрева круглых труб в пакетах.
контрольная работа [364,2 K], добавлен 07.08.2013Принципы проектирования математической модели термического переходного процесса нагрева аккумуляторных батарей. Рассмотрение переходного процесса нагрева аккумулятора как системы 3-х тел с сосредоточенной теплоёмкостью: электродов, электролита и бака.
курсовая работа [556,0 K], добавлен 08.01.2012Корпускулярно-волновой дуализм и принцип Гейзенберга. Уравнение Шрёдингера, функции распределения, методы возмущений. Свободные электроны в телах, функция плотности состояний, теорема Блоха. Электроны в твердых телах и энергетических зонах, фононы.
контрольная работа [2,1 M], добавлен 24.08.2015В работе рассчитывается металлургическая печь с двусторонним обогревом, предназначенная для нагрева изделий из углеродистой стали. Определение коэффициетов теплоотдачи продуктов сгорания. Расчет горения топлива, нагрева металла, основных размеров печи.
курсовая работа [278,6 K], добавлен 07.07.2008Общая характеристика котла, его конвективной шахты. Описание основных параметров парообразующих поверхностей нагрева. Устройство пароперегревателя. Рекомендации по проведению теплового расчета, анализ полученных результатов. Составление баланса.
курсовая работа [567,7 K], добавлен 17.02.2015Литературный и патентный обзор по теме работы. Расчет полного горения топлива. Расчет нагрева металла в печи и основных размеров печи. Тепловой баланс и выбор горелок. Определение высоты кирпичной трубы. Расчёт сечения борова. Тип и размер футеровки.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 23.05.2010Определение увеличение объема жидкости после ее нагрева при атмосферном давлении. Расчет величины и направления силы гидростатического давления воды на 1 метр ширины вальцового затвора. Определение скорости движения потока, давления при входе в насос.
контрольная работа [474,0 K], добавлен 17.03.2016Режимы лазерного нагрева и их воздействие на полупространство. Критериальные параметры и закономерности температурного поля. Особенности нагревания материала световым пятном. Кинетика взаимосвязанных химических, оптических и теплофизических свойств.
контрольная работа [448,0 K], добавлен 24.08.2015Особенности определения размеров радиационных и конвективных поверхностей нагрева, которые обеспечивают номинальную производительность котла при заданных параметрах пара. Расчётные характеристики топлива. Объёмы продуктов сгорания в поверхностях нагрева.
курсовая работа [338,5 K], добавлен 25.04.2012Характеристика секционных печей. Особенности теплопередачи, нагрева металла. Теплообмен в рабочем пространстве печи. Нагрев труб в секции. Расчет горения топлива, тепловой баланс печи. Результаты расчета теплового баланса. Размеры и параметры печи.
курсовая работа [377,3 K], добавлен 07.08.2013Факторы устойчивого удержания высокотемпературной плазмы, необходимого для осуществления управляемого термоядерного синтеза. Дивертор, управление примесями. Ядерная реакция при столкновении дейтона с тритоном. Наиболее перспективные методы нагрева.
доклад [804,7 K], добавлен 02.10.2014Основное назначение парогенератора ПГВ-1000, особенности теплового расчета поверхности нагрева. Способы определения коэффициента теплоотдачи от стенки трубы к рабочему телу. Этапы расчета коллектора подвода теплоносителя к трубам поверхности нагрева.
курсовая работа [183,2 K], добавлен 10.11.2012Математическая модель и решение задачи очистки технических жидкостей от твердых частиц в роторной круговой центрифуге. Система дифференциальных уравнений, описывающих моделирование процесса движения твердой частицы. Физические характеристики жидкости.
презентация [139,6 K], добавлен 18.10.2015Характеристика нагревания лазерным излучением. Термические эффекты, сопровождающие лазерный нагрев. Диффузионно-химические явления и фотохимические методы. Основные предпосылки для построения квантовой теории фотоэффекта. Лазерное плавление поверхности.
контрольная работа [2,6 M], добавлен 24.08.2015Свойства звука и его высота, громкость и скорость. Расчет скорости в жидкости, газе и в твердых телах. Акустический резонанс и его применение, свойства отражения и поглощения, воздействие шума на человека и значение достижений науки в борьбе за тишину.
реферат [35,3 K], добавлен 18.05.2012Рациональная компоновка парового котла, оценка размеров топки и поверхностей нагрева. Выполнение расчета на прочность, выбор материала поверхностей нагрева, выполнение гидравлических и аэродинамических расчетов и выбор вспомогательного оборудования.
курсовая работа [2,6 M], добавлен 09.08.2012Явление перемещения жидкости в пористых телах под действием электрического поля. Электрокинетические явления в дисперсных системах. Уравнение Гельмгольца–Смолуховского для электроосмоса. Движение частиц дисперсной фазы в постоянном электрическом поле.
реферат [206,2 K], добавлен 10.05.2009Тепловой расчет площади теплопередающей поверхности вертикального парогенератора. Расчет среднего угла навивки труб поверхности нагрева. Основные конструкционные характеристики пучка теплообменных труб. Прочностной расчет элементов парогенератора.
курсовая работа [642,4 K], добавлен 10.11.2012Принцип действия расходомеров, их внешний вид. Явление электромагнитной индукции. Структурная схема электромагнитного преобразователя индукционного расходомера. Принцип работы счетчика жидкости с овальными шестернями. Коммерческая модель вольтметра.
курсовая работа [3,2 M], добавлен 04.04.2013
