مدل‌سازی عددی هم‌زمان انتقال حرارت و میدان مغناطیسی در کوره ذوب القایی تحت خلا

در این مقاله به بررسی عددی انتقال حرارت و میدان مغناطیسی در یک کوره ذوب القایی خلا پرداخته شده است. برای حل معادلات گرمایش القایی از کوپله شدن انتقال حرارت و میدان مغناطیسی به روش المان محدود استفاده شده و با استفاده از یک هندسه صنعتی، مدل کوره القایی شبیه سازی شده است. مطالعات انجام شده نشان می دهد که تاثیر شکل هندسی بوته و سیم پیچ، بر مدت زمان رسیدن به دمای ذوب به طور کامل بررسی نشده و مطالعات عمیق تری نیاز است. سعی در این است با بهبود هندسه کوره القایی، در مدت زمان کمتری آلومینیوم در کوره ذوب شود. تاثیر نسبت قطر به ارتفاع بوته (در حجم ثابت نمونه) بر مدت زمان رسیدن به نقطه ذوب در کوره القایی مورد بررسی قرار گرفته است. با کاهش نسبت قطر به ارتفاع، دما در زمان کوتاه تری به نقطه ذوب می رسد. نتایج نشان می دهد که به ازای نسبت قطر به ارتفاع کمتر از 0/4 تغییر قابل ملاحظه ای در دمای میانگین حاصل نخواهد شد. با کاهش 10درصدی فاصله بین سیم پیچ ها، میانگین دمای ماده افزایش یافته است. با ثابت درنظرگرفتن چگالی جریان سیم پیچ و جریان القاشده در ماده گرم شونده، اثرات تعداد حلقه سیم پیچ القایی بر توزیع دما و شار مغناطیسی نیز مورد بررسی قرار گرفته است و به همین روش صحت مدل سازی با مباحث گرمایش القایی مقایسه شده است. تاثیر فرکانس بر دما در نسبت های مختلف طول سیم پیچ مورد تحقیق قرار گرفته و نتایج نشان می دهد افزایش 4برابری فرکانس موجب افزایش 1/7برابری دمای میانگین در قطعه کاری می شود.

Simultaneous Numerical Modelling of Heat Transfer and Magnetic Fields in a Vacuum Induction Furnace

In this paper, heat transfer and magnetic fields in a vacuum induction melting furnace have been studied numerically. To solve the coupled equations of thermal and magnetic induction heating, the finite element method has been used. An induction furnace model is simulated using an industrial geometry. The studies indicate that the effect of the geometry of the crucible and the coil on the melting time has not been thoroughly investigated and requires more indepth studies. It is attempted to improve the shape of the induction furnace, so that in less time aluminum is melted in a small scale furnace. The effect of the diametertoheight ratio of the crucible on the duration of melting has been investigated. By decreasing the diametertoheight ratio, the temperature reaches melting temperature in a shorter time. The results show that for the diametertoheight ratio of less than 0.4, there will not be a significant change at the average temperature. 10% reduction in the distance between the coils leads to an increase in the average temperature of the working material inside the furnace. With considering the constant density of the coil current and the constant induced current in the heated material, the effects of the number of coil turns on the temperature distribution and magnetic flux are investigated. In this way, the accuracy of the model is also checked by induction heating concepts. The effect of frequency on temperature has been investigated in different coil lengths. The results show that an increase of 4 times in the frequency caused an increase of 1.7 times in the average temperature.