基于ANSYS模擬感應線圈產生渦流的研究

【摘要】針對感應加熱裝置中線圈產生渦流的問題的研究。通過ANSYS軟件對交變電流線圈進行分析，查看線圈在金屬工件中產生的渦流分布。

【關鍵詞】感應加熱；渦流；ANSYS

Abstract：Research on induction coil heating device in eddy current problems.Through the ANSYS software to analyze the alternating current coil and check in the distribution of eddy current in the coil to produce metal parts.

Keyword： Induction heating； Eddy current； ANSYS

1、電磁感應加熱原理

電磁感應加熱是一種新的加熱方式，其高效性、無污染等優點[1]決定了其在未來工業加熱裝置突出地位。感應加熱裝置利用線圈中交變電流產生的渦流對金屬工件進行加熱。線圈中通入特定的頻率的交流電流時，線圈產生相同頻率的交變磁場，由楞次定律可知交變的磁場作用到金屬工件中，會在工件中產生渦流[2]，其渦流對工件進行加熱。

2、ANSYS模擬感應線圈產生渦流

通過文獻[2]可知加熱裝置中電流頻率、線圈匝數、線圈和料筒尺寸對渦流的產生有著直接的影響，運用ANSYS有限元分析軟件模擬感應加熱裝置中線圈產生的渦流。取一段機筒模型進行分析材料45鋼：機筒外經φ120mm，機筒內徑φ50mm；線圈尺寸：內徑φ122mm，外徑：φ140mm截面尺寸：50mmx20mm；電流頻率f：10kHz，線圈電流密度Js：1×105A/m2，網格劃分的好壞直接影響到分析的結果，網格劃分過細得到及結果更加精確，但過細的網格占用大量的系統資源和分析時間。網格劃分只需根據實際情況設定參數[3]。電磁場有限元分析中，材料的各種參數都是分線性的對分析結果具有一定的影響，選擇準確的材料參數是得到準確結果的關鍵。線圈、機筒、空氣單元類型為SOLID97，在常溫下機筒材料屬性[4]相對磁導率：200，電阻率為15.33E-8，保溫棉以空氣代替。將各材料參數加載到物理模型中對模型進行網格劃分，得到有限元模型如圖1