熱伝導(誘導加熱)解析 誘導加熱の解析(溶接)

解析の概要

切り欠きを有する金属管の周りに、電力値が500kWの周波数800kHzの交流電流が通電されたコイルがあるときの金属管の渦電流及び温度場解析(誘導加熱解析)の例を示します。解析モデルは、解析対象(図1-1参照)と、その周りの空気部分を含むよう作成されています(図1-2参照)。節点数は5134で、要素数は4400です。解析計算に使用したソフトは動磁場解析ソフトPHOTO-EDDYjωと熱伝導解析ソフトPHOTO-THERMOで、誘導加熱の連成解析を行いました。


図1-1. メッシュ分割図(コア金属管コイル


図1-2. メッシュ分割図(全体(図1-1+空気))

解析条件

コア 金属管 空気
比透磁率 1000 1  
電気伝導率 0 Sm-1 1×107 Sm-1
熱伝導率 10 Wm-1K-1 403 Wm-1K-1 1 Wm-1K-1
比熱 380 Jkg-1K-1 385.35 Jkg-1K-1 1×103 Jkg-1K-1
質量密度 5000 kgm-3 8930 kgm-3 1×104 kgm-3

境界条件

渦電流解析においては図1-3に示されるように軸方向周面を対称境界に設定しました。
図1-3. 渦電流解析の境界条件

温度場解析においては図1-4に示されるように軸方向周面及び切り欠きの開口端を含む底面を定温度境界に設定しました。


図1-4. 温度場解析の境界条件

入力条件

渦電流解析

交流電流は電力値が500kWとなるようにコイルに電位で与えました。周波数の値は800kHzを使用しました。


温度場解析

渦電流解析で得られた発熱量データを使用して過渡応答解析を行いました。

解析結果

渦電流解析の結果、次のような磁束密度分布(図1-5参照)及び渦電流密度分布(図1-6参照)が得られました。


図1-5. 磁束密度分布


図1-6. 渦電流密度分布

次に得られた渦電流解析の結果をもとに温度場解析(誘導加熱解析)を行いました。得られた温度分布を以下に示します。


図1-7. 温度分布(発熱0.2秒後)


図1-8. 温度分布(発熱5秒後)

温度分布 図1-9. 温度分布(発熱開始から1秒後までのアニメーション)