Электронная библиотека Веда
Цели библиотеки
Скачать бесплатно
Доставка литературы
Доставка диссертаций
Размещение литературы
Контактные данные
Я ищу:
Библиотечный каталог российских и украинских диссертаций

Вы находитесь:
Диссертационные работы России
Технические науки
Электротехнология

Диссертационная работа:

Галунин Сергей Александрович. Моделирование, исследование и оптимальное проектирование индукционных нагревателей ленты в поперечном магнитном поле : диссертация ... кандидата технических наук : 05.09.10.- Санкт-Петербург, 2003.- 124 с.: ил. РГБ ОД, 61 03-5/3553-6

смотреть содержание
смотреть введение
Содержание к работе:

ВВЕДЕНИЕ 4

1. Проблемы индукционного нагрева металлической ленты и

пути их решения 9

1.1. Особенности нагрева металлической ленты и требования

предъявляемые к нагревательным установкам 9

1.2. Анализ основных концепций индукционного нагрева

металлической ленты 11

1.2.1. Принцип индукционного нагрева в поперечном

магнитном поле 12

  1. Принцип индукционного нагрева в продольном поле 13

  2. Классификация систем нагрева в поперечном

магнитном поле 16

1.3. Обзор существующих методов моделирования и проектирования

индукционных систем для нагрева ленты в поперечном

магнитном поле 21

1.4. Выводы по главе 25

2. Методы и средства моделирования индукционного нагрева лент в
поперечном магнитном поле 26

2.1. Оценочное моделирование и предварительное проектирование 26

* 2.2. Численные проблемно-ориентированные модели 30

  1. Модель электромагнитного поля 31

  2. Особенности моделирования температурных полей 34

  3. Проблемно-ориентированная модель НШТЕС 37

  1. Применение универсальных коммерческих пакетов 38

  2. Физическое моделирование и экспериментальное исследование 40

  3. Выводы по главе 42

3. Методы и средства оптимального проектирования 43

3.1. Сравнительный анализ методов оптимизации 44

  1. Детерминистские методы оптимизации 45

  2. Стохастические методы оптимизации 48

3.2. Математическая оптимизация в исследовании и разработке

систем нагрева ленты в поперечном магнитном поле 52

3.3. Алгоритмы и средства взаимодействия численных моделей

технологического процесса с процедурами оптимального поиска ... 56

3.4. Выводы по главе 61

4. Методика оптимального проектирования 63

  1. Структура процесса оптимального проектирования 64

  2. Оптимизация интегральных параметров нагревателя 67

  3. Оптимизация распределенных параметров системы 68

  1. Критерии оптимизации 68

  2. Выбор оптимизируемых переменных 71

  3. Выбор методов оптимизации 73

  1. Окончательный анализ и техническое решение 75

  2. Распространение методики оптимального проектирования

на другие электротехнологии 77

4.6. Выводы по главе 86

5. Применение средств оптимального проектирования индукционных
нагревателей ленты 87

  1. Оптимизация интегральных параметров нагревателя 87

  2. Применение двухконтурной процедуры оптимизации 89

  3. Пример с магнитопроводом 96

  4. Сравнение моделей и результатов эксперимента 100

  5. Применение средств оптимального проектирования при

использовании универсальных коммерческих пакетов 104

5.6. Выводы по главе 113

ЗАКЛЮЧЕНИЕ 114

СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ 116

Введение к работе:

Актуальность работы. В настоящее время, в России и странах Западной Европы, широко используются индукционные установки для нагрева тонких металлических лент (для последующих технологических операций). Индукционный способ нагрева отличается, прежде всего, возможностью получения высокой удельной мощности, при этом ее распределение по длине и ширине материала может соответствовать специальному температурно-временному графику, заданному конкретной технологией.

Индукционный нагрев тонколистового материала можно осуществлять либо в продольном, либо в поперечном магнитном поле (ПМП). Нагрев в продольном магнитном поле не всегда может быть использован, что связано с невозможностью эффективного нагрева материалов малой толщины, в основном из-за невозможности получения заданного распределения (профиля) температуры по ширине ленты. Наиболее часто используются системы с ПМП, отличающиеся высоким КПД и относительно низкой рабочей частотой.

Нагрев листовых металлических изделий малой толщины в ПМП обеспечивает экономические и технологические преимущества, такие как: высокая эксплуатационная готовность и скорость нагрева, хорошие металлургические показатели структуры обработанного материала, а также высокая точность достижения необходимых свойств обрабатываемого материала. Последнее обеспечивается скоростью движения ленты и соответственным распределением удельной мощности по длине индуктирующего провода, за счет изменения зазора между индуцирующим проводом и нагреваемым участком ленты, а также конфигурацией и расположением индукторов и магнитопровода. В тоже время, широко применять индукционные установки нагрева тонких лент в ПМП проблематично в первую очередь из-за сложности обеспечения заданной равномерности нагрева при приемлемых энергетических показателях.

В этой связи, актуальными задачами являются изучение и исследование процессов, протекающих в индукционных системах с ПМП, средств пространственного управления температурным полем, применение современных коммерческих пакетов для моделирования электромагнитных и тепловых процессов при нагреве ленты, а также оптимизация конструкций нагревателей.

Предметом исследования данной диссертационной работы является процесс индукционного нагрева в системах с ПМП с характеристиками, соответствующими реальным.

Цель работы состоит в разработке методики и формировании исходных данных для средств оптимального проектирования индукционных систем с ПМП.

Цель достигается комплексным решением следующих важнейших задач:

  1. Постановка и решение обратных задач в исследовании и оптимальном проектировании индукционных нагревателей с ПМП.

  2. Разработка математической модели электромагнитных и тепловых процессов при индукционном нагреве ленты в ПМП с учетом магнитопроводов.

  3. Применение коммерческих пакетов для анализа, исследования и проектирования индукционных систем нагрева в ПМП.

  4. Разработка алгоритмов и средств взаимодействия проблемно-ориентированных моделей процесса высокочастотного нагрева в ПМП и коммерческих пакетов с различными алгоритмами оптимизации при решении задач параметрического синтеза и оптимального проектирования индукционных нагревателей с улучшенными технико-экономическими показателями.

  5. Исследование параметров различных конструкций индукционных систем нагрева ленты в ПМП и выбор оптимальных результатов при параметрической оптимизации установки.

Методы исследования. Моделирование и исследование

электромагнитных и тепловых процессов при индукционном нагреве ленты в ПМП проводились методами математической физики, вычислительной математики и теории индукционного нагрева. Корректность полученных результатов, проверялась экспериментальными исследованиями на лабораторных макетах индукционных систем нагрева с ПМП, а также сравнением с данными, опубликованными в открытой научной печати.

Научная новизна. Разработана методика оптимального проектирования индукционных нагревателей ленты с ПМП. Разработаны средства оптимального проектирования индукционных систем с ПМП и библиотека прикладных программ оптимизации. Разработана проблемно-ориентированная трехмерная электротепловая модель индукционных нагревателей ленты с ПМП, включая индукторы с магнитопроводами и движение загрузки. Получены результаты исследований и оптимизации конструкций и режимов работы индукционных нагревателей.

Практическая ценность. Разработанные средства для моделирования и оптимизации электромагнитных и тепловых процессов при индукционном нагреве ленты в ПМП с пакетом прикладных программ (библиотекой) оптимизационных алгоритмов ориентированы на практическое использование при разработке новых, а также исследовании и оптимизации существующих конструкций индукционных систем с ПМП. Приведены результаты оптимизации различных конструкций нагревателей. Разработанные средства оптимального проектирования индукционных нагревателей с ПМП в силу своей универсальности могут эффективно применяться для исследования и проектирования современных электротехнологических установок.

Основная часть работы выполнялась в рамках научно-исследовательских работ кафедры ЭТПТ СПбГЭТУ «ЛЭТИ»: "Влияние нестационарного ВЧ электромагнитного поля на электромагнитные процессы в негомогенных структурах немагнитных металлов с неоднородными

свойствами" - грант РФФИ № 97-02-16-16391 - ГР/ЭШТ-22, № гос. per. 029.90 002347; "Исследование и разработка высокоэффективных энергосберегающих электротехнологий" - ПТЭ-/ЭТПТ-29, № гос. per. 0120 0005617; "Разработка концепции технологии термической обработки тонколистовых ферромагнитных материалов в поперечном магнитном поле"- ФРП/ЭТПТ-32, № гос. per. 0120 0010380; "Оптимизация проектирования индукционных нагревателей ленты в поперечном магнитном поле" - ГЗП/ЭТПТ-36, № гос. per. 012001 08782; "Исследование и разработка программных средств для численного моделирования и оптимизации установок индукционного нагрева в поперечном магнитном поле" -6131/ЭТПТ-156/МК; "Исследование воздействия электромагнитного поля на диссипативную деформируемую среду на основе взаимосвязи полей вихревого тока, температуры и механических напряжений" - грант РФФИ № 00-02-16837.

Реализация результатов работы. Теоретические и практические результаты диссертационной работы использованы при выполнении научно-исследовательских работ кафедры ЭТПТ СПбГЭТУ "ЛЭТИ". Результаты работы используются в учебном процессе в курсе "Проектирование электротермических установок" в СПбГЭТУ "ЛЭТИ", Интенсивных Курсах и семинарах проектов Европейского Сообщества по учебным программам TEMPUS TJEP10021-95, СР_20021-98 и NP_22135-2001.

Апробация работы. Основные положения и научные результаты диссертационной работы докладывались и обсуждались на конференциях профессорско-преподавательского состава кафедры ЭТПТ СПбГЭТУ "ЛЭТИ" (1998-2003); 3-ем Российско-Корейском международном симпозиуме "Наука и технологии" (Новосибирск, 1999); 6-ой и 7-ой ежегодных международных научно-технических конференциях студентов и аспирантов "Радиоэлектроника, электротехника и энергетика" (Москва, МЭИ, 2000 и 2001); межвузовской научной конференции "Электротехника, электромеханика, электротехнологии" (Новосибирск, НГТУ (НЭТИ), 2000);

международной научно- технической конференции "Современные проблемы и достижения в области электротехнологий в XXI веке" (Санкт-Петербург, 2001); международном семинаре по индукционному нагреву "HIS-01" (Италия, Падуя, 2001); международной научно-технической конференции "Сварка и родственные технологии в современном мире" (Санкт-Петербург, 2002); международном научном коллоквиуме "Моделирование электромагнитных процессов - МЕР" (Германия, Ганновер, 2003).

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 печатных работ и 5 рукописных.

Диссертация состоит из введения, пяти глав, заключения и списка литературы.

Основные положения выносимые на защиту:

методика оптимального проектирования индукционных нагревателей ленты с ПМП;

средства оптимального проектирования индукционных систем с ПМП, библиотека прикладных программ оптимизации;

проблемно-ориентированная трехмерная электротепловая модель индукционных нагревателей ленты с ПМП, включая индукторы с магнитопроводами и движение загрузки;

результаты исследований и оптимизации конструкций и режимов работы индукционных нагревателей.

Подобные работы
Шатунов Алексей Николаевич
Моделирование и исследование индукционных систем с разрезным проводящим тиглем при плавке оксидных материалов
Каримов Дамир Айдарович
Исследование и проектирование вибростойкой конструкции индукторов прямоугольной формы
Казьмин Владимир Ефимович
Разработка математических моделей проходных индукционных нагревателей и их использование для автоматизированного проектирования
Анишин Михаил Михайлович
Моделирование и исследование полей декаметровых волн
Гречин Дмитрий Петрович
Математическое моделирование и исследование магнитного поля и характеристик асинхронных машин с массивными роторами
Ситникова Светлана Васильевна
Исследование электромагнитных полей видеодисплейных терминалов методами электродинамического моделирования излучающих систем
Герасименко Юрий Яковлевич
Математическое моделирование электрохимических устройств на основе системного исследования их физических полей
Герасименко Юрий Яковлевич
Математическое моделирование электрохимических устройств на основе системного исследования их физических полей
Мараховский Александр Сергеевич
Математическое моделирование и экспериментальное исследование формирования многослойной структуры приэлектродной области магнитной жидкости в электрическом поле
Цой Евгений Борисович
Вероятностное моделирование по группированным данным при исследовании и проектировании человеко-машинных систем

© Научная электронная библиотека «Веда», 2003-2013.
info@lib.ua-ru.net