連成解析 誘導炉の誘導加熱解析[電気伝導率の温度依存性]

概 要

磁場解析で得られた発熱密度を使用して、熱伝導解析を実施しますと、温度分布が得られます。
今回は温度に依存する電気伝導率を使用した、磁場-熱連成解析の事例です。

被加熱体は、るつぼに充填した金属です。
コイルに交流電流を流し、金属に流れる渦電流によって、金属が加熱されます。

誘導加熱解析では経過時間、解析対象の場所によって、温度分布が異なります。 電気伝導率が温度に依存する特性を持っている場合、場所によって電気伝導率の分布が変わるため、磁場と熱との密な連成解析が必要です。

  
             図1−1.概要図

解析条件

メッシュ分割図を図2−1に示します。

2次元メッシュを使用した軸対称解析です。

表皮効果により表皮厚さの中では磁束密度や渦電流が急減に変化します。 急激な変化を表現できるように導体表面の要素分割は細かくしています。

解析タイプ:軸対称解析

解析モジュール : PHOTO - EDDYjω & THERMO

  
             図2−1.メッシュ分割図

コイル:電流密度ベクトル

周波数:3[kHz]

導体:電気伝導率の温度依存性(図2−2)

     
           図2−2.電気伝導率の温度依存性

導体の電気伝導率は温度が高くなるにつれ、 小さくなる特性になっています。

このような特性の電気伝導率を設定しますと、各時刻ステップの温度分布に応じた電気伝導率が使用されます。 電気伝導率が更新されたときは、得られる発熱量が変化しますので、その都度、EDDYjωが呼び出され、磁場解析が実施されます。

解析結果


       図3−1.磁束密度[T]  実部 コンター図 




       図3−2.磁束密度[T] 虚部 コンター図 




図3−3、図3−4については正負が考慮されていますので、ご注意ください。絶対値としては“青色”の要素で大きい値になっています。


       図3−3.渦電流密度[A/m^2] 実部 コンター図




       図3−4.渦電流密度[A/m^2] 虚部 コンター図



 
        図3−5.発熱密度[W/m^3] コンター図



   
         図3−6.温度分布アニメーション[度]

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