基于横向磁通的包装机横封感应加热建模及仿真

针对包装机横封时的温度分布问题,对横封感应加热的温度场进行了数值建模和计算.在横向磁通原理的基础上,结合横封过程和所用铝塑复合包材的特点,研究了横封感应加热的电磁场和温度场描述方程和边界条件,建立了适用于包装机横封感应加热的电磁场和温度场的数学模型.利用大型通用有限元分析软件ANSYS对感应加热的涡流场和温度场进行了仿真.通过分析包材封合截面的各向温度分布情况,证明模拟实际工况下的温度分布满足封合要求.仿真结果为工程应用提供了参考.     

钢板高频感应加热过程电磁-热耦合场分析

研究静止式钢板感应加热,基于COMSOL Multi-Physics软件开发了二维电磁热耦合数值模型,温度计算结果与实验结果吻合;并分析了感应加热过程中钢板的电磁场分布规律和温度场分布规律.感应器加装导磁体后使涡流产生的焦耳热集中分布于感应器正下方,提高了加热效率.最后,研究了感应加热工艺参数对温度的影响,即在其他加热参数相同的情况下,感应器加载电流、电流频率越高,钢板加热速度越快;感应器与钢板间距越大,钢板加热速度越慢.     

对极型高温超导直流感应加热装置电磁优化

基于高温超导（High Temperature Superconductivity,HTS）直流感应加热技术加热质量好、加热效率高等优点,提出一种基于圆筒形多极直流电机结构的对极铁芯高温超导直流感应加热装置.首先,针对加热装置气隙磁场与铝棒温升特性,采用麦克斯韦方程组与法拉第电磁感应定律,并结合固体热传导方程,建立铝棒加热过程数值模型;其次,兼顾加热装置环形铁芯与直流电机多极结构模式,构建4极与2极电磁模型与热模型;再次,针对铝棒电导率、转速以及长度对铝棒加热过程的影响,利用对极加热装置电磁热模型,研究铝棒内涡流与加热功率的变化过程;最后,针对加热区域磁场强度不足的问题,基于直流电机极靴长度对气隙磁场大小的影响,提出极靴结构改善气隙磁场模型.研究结果表明：2极铁芯结构下铝棒最大磁通密度高于4极结构0.16 T,铝棒最大温度高于4极结构54 K;铝棒内涡流密度和加热功率与铝棒电导率、长度以及转速呈正相关性;极靴结构提高了铝棒磁通密度0.11 T,铝棒温度提升了4.2℃.     

人体加热治癌中能量分布的计算

提出了一种适合于人体感应加热时多层媒质的三维涡流场的数值计算方法，并用互补变分法、数值解法求出的磁场强度来计算涡流的分布。为验证这种方法，计算了一个放在均匀交变磁场中的导体球的磁场和涡流，结果与理论值相符。用这种方法对人体内涡流进行计算，得出了人体模型内功率密度的分布情况。     

侧壁式感应加热中间包磁/热/流耦合模拟

提出一种新的中间包感应加热方式,建立了三种线圈模型,模拟研究了三种线圈模型的电磁力分布及其对中间包内流场和温度场的影响,并结合RTD曲线评估了最佳线圈模型和加热功率.结果表明:感应线圈向端部移动有利于改善浇注区远端钢液流动形态及温度分布;相同加热功率条件下,U形感应加热线圈优于E形感应加热线圈,且相较于双侧对称分布U形线圈,单侧U形线圈的热效率更佳,冶金效果更好;提高感应加热功率有利于改善钢液的流动和提高铸坯的质量;对于四流中间包,加热功率为800~1 000 kW时,可达到均温补热的效果.     

基于四组对比模型的线圈式电磁炮弹丸速度分析

电磁发射是一种利用脉冲电磁力作为驱动力的新式高速发射技术.它是一个有着电磁场、结构场、温度场等的强耦合过程,弹丸出口速度与系统若干因素都有关,有限元法是目前分析电磁发射物理过程的主要方法之一.本文主要阐述了线圈式电磁炮的工作原理,建立其有限元分析模型,并通过静止模型、位移模型、速度模型、完整运动模型分别对相同参数下的弹丸发射实例进行研究;探究了由位移导致的磁场衰减和弹丸运动产生的动生电动势分别对弹丸感应涡流、磁场分布、弹丸所受电磁力及弹丸运动速度的影响.结果表明:在低速运动状态下,磁场衰减对弹丸速度的影响较小,动生电动势为弹丸速度衰减的主要因素;在高速运动状态下,磁场衰减和动生电动势对弹丸运动的影响较大.通过对线圈式感应型电磁炮出口速度的影响因素探究,为今后对于电磁发射装置的优化设计提供理论分析支撑.     

航空碳纤维复材板电-磁-热多场联合仿真与分析

针对电磁涡流感应在实现碳纤维增强复合材料（CFRP）快速内部加热时内部多场问题尚缺少系统理论研究的情况,对航空碳纤维复材板进行了电-磁-热多场联合仿真与分析。首先,从CFRP的物理属性出发,分析其涡流热产生的物理原理;其次,设计不同叠层数目碳纤维复合材料,根据碳纤维复合板材电磁涡流形成规律,分析线圈输入功率/电压以及复材叠层数目对涡流热效应的影响;再次,使用电-磁-热联合多场有限元模型对感应加热过程中电磁涡流场和温度的分布情况进行仿真分析;最后,通过实验验证有限元模型计算结果。结果表明,涡流效应中碳纤维板可以产生呈闭环的感应电流,感应电流在碳纤维复材板上呈中间低、四周高的分布状态;在25 V的固定输入电压下,单层碳纤维板的热升温效应最明显,稳定温度约为141.4 ℃;随着输入功率/电压提升,双层碳纤维复合板材涡流热效应随之增大,达到热稳定所需时间也同步增加。通过电-磁-热联合多场有限元模型和验证实验,研究感应加热过程中电磁涡流场和温度的分布规律,对推动电磁涡流热效应在航空碳纤维复材感应焊接等领域的工程应用具有参考价值。     

电渣炉夹具感应加热的有限元数值模拟

采用有限元分析法和ANSYS软件,引入复矢量磁位,推导了感应加热有限元模拟的数学模型.讨论了感应加热有限元分析中温度场与电磁场耦合、工件材料物理参数的温度依赖性等关键技术问题的处理方法.分析了电渣炉夹具的感应加热过程,得到了夹具的温度分布状况以及温度随时间的变化规律.结果表明:温度的最大值主要集中在夹具的表层,且心部几乎未加热,其数值模拟结果与工程实际应用工况基本一致.     

化学液相沉积法制备碳/碳复合材料时的温度场研究

根据制备过程中碳纤维骨架内煤油发生相变时的气液两相流动与传热传质、预制体对煤油的导热以及碳纤维多孔介质内的传热传质性质,建立了描述碳纤维骨架内温度场分布与相变特性的数学模型.对采用感应加热方式、直径为70 mm的顸制体在汽化温度为453.15 K时的制备过程进行了数值研究,得到了骨架内温度场随时间的变化.给出了不同时刻的温度场分布、径向温度随时间的变化规律,以及相变过程含气率沿径向的分布.将计算所得的电加热功率与制备过程中实际的电加热功率进行了比较,二者较为接近,验证了所建数学模型的可靠性.     

1Cr18Ni9Ti不锈钢的双频电磁约束成形工艺参数优化

根据高频磁场利于感应加热、低频磁场利于熔体成形的特点，针对不锈钢(1Cr18Ni9Ti)密度大、熔点高和约束成形的熔体高度低等成形困难的特点，提出了利用低频磁场约束成形、高频磁场在不影响成形磁场的条件下辅助加热的不锈钢双频电磁约束成形方法，以便温度场和成形力场的最佳耦合．通过实验和理论分析，设计了不锈钢双频电磁约束成形的成形感应器和预热感应器，并确定了感应器间的距离和屏蔽罩的放置方式，研究了预热感应器对温度场的影响规律，从而建立了不锈钢的双频电磁约束成形系统．在对熔体的稳定成形分析的基础上，利用双频电磁成形系统成功抽拉出圆形不锈钢样件．     

基于电磁-温度耦合方法的永磁驱动器温度场分析

基于电磁-温度场耦合方法,分析了盘式永磁驱动器的温度场.基于电磁场解析计算建立了盘式永磁驱动器的电磁场解析模型,推导了涡流损耗公式.计算了热阻和散热系数,并以涡流损耗为热源,建立了盘式永磁驱动器等效热网络模型.预测随负载变化时盘式永磁驱动器的涡流损耗和铜盘温度的变化.解析结果与有限元结果比较表明:基于电磁-温度场耦合方法所建立的电磁场解析模型和温度场解析模型能快速、准确地预测涡流损耗和铜盘温度.     

多脉冲磁场下刚性导电薄板涡电流热效应分析

针对处于多脉冲磁场下感应加热系统装置中的刚性导电薄板,基于麦克斯韦电磁场方程组及导热微分方程,建立了涡电流场和温度场的理论模型.对涡电流初边值问题及由涡电流热效应引起的温度场定解问题的空间部分采用有限元法,时间部分采用Crank-Nicolson法,给出了计算程序的求解步骤,并进行了定量模拟.仿真结果表明,脉冲次数使得构件的涡电流和温度逐步增加,随后其大小趋于稳定的值,而后来的周期性脉冲只不过是保持这个恒定值不衰减.该结论为电磁感应加热设备的革新改造提供了有效的技术参考.     

热籽磁感应加温在肌肉体模中的升温效果

 为了探讨不同数量和不同排布方式下,热籽在等效肌肉的琼脂体模中磁感应升温效果,制作琼脂等效肌肉模型,利用模板植入不同数量热籽：1颗、2颗、3×3阵列排布、4×4阵列排布、双层4×4不同层间距排布。在选择的测温点植入热电偶,将植入完成的琼脂体模置于磁极下,进行磁场辐照,测定并记录升温情况。结果表明,1颗和2颗热籽植入体模在磁场中加热后温度可达25～32℃,热籽在体模中的发热功能稳定。9颗热籽植入体模在磁场中加热后,两颗热籽间温度达到37.5℃,热籽阵外1.0cm处温度为30.1℃。16颗热籽植入体模在磁场中加热后,热籽阵列中心温度达到52.9℃。不同层间距热籽植入体模在磁场中加热后,中心点位置温度均达到65℃以上。随着逐渐远离中心点,温度呈下降趋势,在热籽阵外1.0cm处降至42～45℃。层间距1.0cm与0.8cm的结果比较,各测温点间温度相差约1.0℃;层间距1.0cm与层间距0.5cm的结果比较,各测温点间温度相差约3.0℃。因此,本研究成功模拟了等效肌肉的琼脂体模,一定数量的热籽在既定靶区磁感应升温,可以达到肿瘤治疗所需温度。     

磁感应热疗联合125I籽源近距离放疗研究

 磁感应热疗植入合金热籽与放射籽源在尺度上处于同一水平,当热籽和放射籽源同时植入肿瘤组织,热场和辐射将共同作用于肿瘤细胞,提高肿瘤细胞的杀灭作用.本文应用电磁学理论计算射频磁场中热籽和放射籽源的产热功率.并将不同分布的热籽和放射籽源置于磁感应设备射频磁场中,调节磁场参数,观察不同条件下的温升曲线.同时研究了放射籽源在磁感应射频磁场下的升温情况以验证放射籽源的安全性,以及合金热籽与放射籽源混合排布情况下的升温情况以验证联合治疗的有效性.理论计算和实验结果表明,放射籽源在磁感应治疗射频磁场下(50~500kHz)磁热效应不显著,其用于热放疗的安全性得到验证.将放射籽源与热籽混合植入琼脂体模和离体肌肉组织,在介质植入区域内温度均远超过43℃,可实现植入区域内热疗对放疗的增敏作用.     

电磁层析成像系统中标量磁势的数值解法

电磁层析成像技术是一种基于电磁感应定律的工业过程成像技术,激励线圈产生的交变磁场在目标物体中产生涡流,进而产生二次磁场.接收线圈检测到感应电压后利用重建算法可以得到物场的分布信息.边界元法以积分方程为数学基础,同时采用了与有限元法相似的划分单元离散技术,将边界积分方程离散为代数方程组后用数值方法求解.边界元法在电磁层析成像技术中已有一定的应用,而基于标量磁势的边界元法使得求解过程的速度和效率显著提高.本文针对一个简化的电磁层析成像系统模型,利用3种数值方法求解目标物体表面的标量磁势,并利用Matlab编程得到仿真结果.对结果进行对比分析后,选出最优解法.     

磁感应热疗恶性肿瘤技术研究进展

 磁感应热疗恶性肿瘤是一种基于交变磁场辐照磁介质并通过磁感应产热杀死肿瘤病变组织的新兴技术。20世纪60年代,磁感应热疗技术兴起,围绕提高热疗效果、开发兼具多重疗效的磁性介质和优化温度场分布,开展了大量研究工作,取得了显著效果。本文总结了铁磁热籽、磁流体、磁性脂质体、磁性微晶玻璃、磁性骨水泥等的实验研究与临床应用近期进展,指出进一步提高疗效、优化治疗区热场分布中存在的问题。     

永磁涡流耦合器传递转矩计算方法研究

永磁涡流耦合器作为一种传动装置,传递转矩的有效计算是评价其传动性能的重要指标.针对一台6磁极对数、额定输入转速1450r/min的永磁涡流耦合器,首先,根据耦合器几何结构,采用有限元方法对磁力线走向进行了仿真分析,获得永磁涡流耦合器的磁路分布,进而通过分析漏磁边界条件得到了泄漏磁阻和有效磁动势;其次,建立导体盘涡流的坐标系,根据趋肤深度和安培环路定律,考虑磁场分布的连续性和对称性,构建了耦合器的磁感应强度方程;然后,根据导体盘涡电流密度和电导率的数学关系,同时考虑三维端部效应,得到了传递转矩的解析结果;最后,建立样机试验平台和三维有限元模型对该方法进行验证.结果表明,在一定的转速差范围内,所提计算方法具有较好的精度,相对误差在6%以内.采用该方法对永磁涡流耦合器的设计优化提出了一些合理化建议.