نویسندگان

1 گروه علوم پایه، دانشگاه پیام نور، تهران، تهران

2 دانشکده فیزیک، دانشگاه بوعلی سینا، همدان، همدان

چکیده

مدل‌سازی کامپیوتری جهت طراحی القاگرها برای کاربردهای متفاوت در فرایند گرمای القایی اغلب برای صرفه‌جویی در هزینه­های ناشی از خطا و آزمون ضرورری به نظر می­رسد. در این مقاله تأثیر تعداد حلقه­های پیچه در فرایند گرمای القایی با حل عددی معادلات ماکسول با استفاده از روش المان محدود و به کمک بسته نرم‌افزاری کامسول مولتی فیزیک، در سه بعد بررسی شده است. بررسی تأثیر تعداد حلقه­های پیچه در مقدار و الگوی گرمای تولید شده در قطعه ­کار برای کاربردهای ویژه در صنعت و تکنولوژی خیلی مهم و حیاتی است. زیرا تعداد حلقه­های پیچه یکی از عوامل‌های مهم در طراحی دستگاه‌­های گرمای القایی است. در ابتدا یک پیچه تک‌حلقه­ای در مدل سه بعدی شبیه‌سازی شده و سپس پیچه‌هایی چند حلقه­ای با تعداد حلقه­های 2، 3 و 4 لحاظ ­شده­اند. از ولتاژ 200 ولت متناوب با بسامد یک کیلوهرتز، به­عنوان منبع تولید میدان‌های الکترومغناطیسی بهره گرفته ­شده است. نتایج حاصل از محاسبات عددی نشان می­دهد تعداد حلقه­های پیچه تأثیر قابل ملاحظه­ای بر کمیت­هایی مانند توزیع و شدت چگالی شار مغناطیسی، چگالی جریان­ های گردابی در قطعه کار و همچنین گرمای حجمی تولید شده در پیچه و قطعه کار دارد.

کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله [English]

A numerical study of the effect of the number of turns of coil on the heat produced in the induction heating process in the 3d model

نویسندگان [English]

  • A J shokri 1
  • M H Tavakoli 2
  • A Sabouri Dodaran 1
  • M S Akhondi Khezrabad 1

چکیده [English]

Computer modeling for the design of inductors for different applications in the induction heating process often seems to be necessary to save costs caused by the trial and error. In this paper, the effects of the number of loops in the induction heating process with the numerical solution of the Maxwell equations have been investigated using finite element method (FEM) and the COMSOL MULTIPHYSICS software package in three dimensions. Therefore, considering the effect of the number of coil turns on the amount and pattern of heat produced in the workpiece for special applications in the industry and technology is critical. This is because the number of coil turns is one of the important parameters in the design of induction heating systems. At first, a single turn coil is simulated in a three-dimensional model; then multi-turn coils with the turns number 2, 3, and 4 have been considered. The voltage of 200 V with the frequency of 1 KHz has been used, as applied to the coil, to serve as the source of electromagnetic fields. The results of numerical calculations show that the number of coil turns can have a significant effect on quantities such as distribution and intensity of magnetic flux density, eddy currents density in the workpiece, and the volume of heat produced in the coil and workpiece.

کلیدواژه‌ها [English]

  • induction heating process
  • finite element method
  • simulation

1. S Lupi, M Forzan, and A Aliferov, “Induction and Direct Resistance Heating”, Springer (2015) 1. 2. M Fisk, “Simulation of Induction Heating in Manufacturing”, Thesis, Luleå University of Technology (2008). 3. V Rudnev, D Loveles, R Cook, and M Black. “Handbook of Induction Heating”, Marcel Dekker, Inc, New York, NY (2003) 100. 4. C Chaboudez, S Clain, R Glardon, D Mari, J Rappaz, and M Swierkosz, IEEE Transactions on Magnetics, 33, 1 (1997) 739. 5. J Jang and Y Chiu, Appl. Therm. Eng. 27 (2007) 1883. 6. M H Tavakoli, H Karbaschi, F Samavat, and E Mohammadi-Manesh, Journal of Crystal Growth 312 (2010) 3198. 7. K Gao, X Qin, Z Wang, Sh Zhu, and Z Gan, J. Mater. Process. Technol. 23 (2016) 125. 8. H Khodamoradi, M H Tavakoli, and K Mohammadi, Journal of Crystal Growth 421 (2015) 66. 9. X Zhou, “Heat Transfer During Spray Water Cooling Using Steady Experiments,” MS. Thesis. University of Illinois, Urbana-Champaign (2009). 10. E Haye, “Industrial Solutions for Inductive Heating of Steels”, Thesis, Luleå University of Technology (2013). 11. L Zhang, “Numerical Modeling of Induction Assisted Subsurface Heating Technology”, Thesis, Worcester Polytechnic Institute (2012). 12. R E Haimbaugh,“Practical Induction Heat Treating,” Thesis, Materials Park (2001). 13. M H Tavakoli, Crystal Growth & Desig 8, 2 (2008) 483. 14. X Zhou, B G Thomas, C A Hernandez, A H Castillejos, and F A Acosta, Journal of Applied Mathematical Modeling, 37 (2013) 3181. 15. J R Reitz, F J Milford, and R W Christy, “Foundation of Electromagnetic Theory”, John Wiley & sons, New York (1992).

تحت نظارت وف بومی