異なる周波数での黒鉛るつぼの数値シミュレーション

以下の表 1 は、シミュレーションに使用された材料の特性です。マクスウェル方程式は、完全な解領域 (誘導コイル、グラファイトるつぼ、空気) で解かれます。水冷式の誘導コイルは常に室温と仮定しているため、熱伝導解析は黒鉛るつぼ内のみで行っています。グラファイトの電気伝導率、熱伝導率、および比熱はすべて温度に依存します (図 4、5、6)。

図 2 -電気伝導率の曲線



図 3 -熱伝導率の曲線



図 4 -比熱曲線

電磁入力 本研究では、表2に示すように、固体コイルのみを電磁入力として定義します。

表 2 -コイル情報

熱入力と初期条件

伝熱の初期条件と境界条件を表 2 に示します。

メッシング

メッシングは、設計解析において非常に重要なステップです。 EMS は、モデルの体積、表面積、およびその他の幾何学的詳細を考慮して、モデルの全体的な要素サイズを推定します。生成されるメッシュのサイズ (節点と要素の数) は、モデルのジオメトリと寸法、要素サイズ、メッシュ許容値、およびメッシュ コントロールによって異なります。おおよその結果で十分な設計解析の初期段階では、解析を高速化するために、より大きな要素サイズを指定できます。より正確な解を得るには、より小さい要素サイズが必要になる場合があります。

図 6 -メッシュ モデル

結果

非定常熱解析と組み合わせた AC 磁気シミュレーションを実行した後、電磁および熱の結果がEMS によって生成されます。磁束密度、磁場強度、渦電流、誘導熱量をさまざまな 3D 形式でプロットできます。回路パラメータを含む結果テーブルも生成されます。
下の図は、それぞれ1kHz、5kHz、9kHzでの磁場強度を示しています。図 9 は、グラファイトの表面のある点での温度変化を示しています。

図 7 -周波数=1Khz の t=0s での磁場



図 8 -周波数=5kHz の t=0s での磁場


図 9 -周波数 =9kHz の t=0s での磁場




図 10 -特定のポイントでの温度変化

結論

EMS は、ルツボ内の熱伝達をよりよく理解できるように、さまざまな周波数でルツボ内に誘導される電磁力を分析および計算するのに役立ちます。この方法を使用して、るつぼの肉厚と誘導コイルを分析し、最適なるつぼの厚さと効果的な冷却システムを選択するのに役立ちます。

参考文献

B. Patidar、MMHussain、A. Sharma, AP Tiwari.August 2016.誘導の非定常数値解析
異なる周波数でのグラファイトるつぼの加熱。 International Journal of Electromagnetics ( IJEL )、Vol 1、No 1、