УДК 621.365.5

ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ВЫСОКОЧАСТОТНОГО ИНДУКЦИОННОГО НАГРЕВА И ПЛАВЛЕНИЯ ПРОВОДЯЩИХ ЗАГОТОВОК С УЧЕТОМ РАСПРЕДЕЛЕНИЯ ПЛОТНОСТИ ТОКА В ВИТКАХ ИНДУКТОРА

Представлены новые научные результаты отдела электропитания технологических систем Института электродинамики НАН Украины, полученные на основе комплексных исследований мультифизических процессов в установке высокочастотного индукционного нагрева и плавления заготовок из благородных металлов. Разработаны математическая модель и методика численного расчета связанных электромагнитного, теплового и гидродинамического процессов в установке с учетом неравномерного распределения плотности тока в массивных витках индуктора. В результате компьютерного моделирования показано, что для обеспечения эффективного преобразования электрической энергии в тепловую при нагреве и плавлении заготовки частота тока в индукторе должна превышать определенное пороговое значение (20 кГц), а амплитуда тока – принимать максимально допустимое по условию нагрева индуктора значение. Бібл. 7, рис. 8, табл. 1.
Ключові слова: мультифизические задачи, высокочастотный индукционный нагрев, расплавленный металл, электромагнитное перемешивание, компьютерное моделирование.

ДОСЛІДЖЕННЯ ПРОЦЕСІВ ВИСОКОЧАСТОТНОГО НАГРІВУ ТА ПЛАВЛЕННЯ ПРОВІДНИХ ЗАГОТОВОК З УРАХУВАННЯМ РОЗПОДІЛЕННЯ ГУСТИНИ СТРУМУ У ВИТКАХ ІНДУКТОРА

Представлено нові наукові результати відділу електроживлення технологічних систем Інституту електродинаміки НАН України, отримані на основі комплексних досліджень мультифізичних процесів в установці високочастотного індукційного нагріву і плавлення заготовок з благородних металів. Розроблено математичну модель і методику чисельного розрахунку пов'язаних електромагнітного, теплового та гідродинамічного процесів в установці з урахуванням нерівномірного розподілу густини струму в масивних витках індуктора. В результаті комп’ютерного моделювання показано, що для забезпечення ефективного перетворення електричної енергії в теплову при нагріванні та плавленні заготовки частота струму в індукторі повинна перевищувати певне порогове значення (20 кГц), а амплітуда струму – приймати максимально допустиме за умовою нагріву індуктора значення. Библ. 7, рис. 8, табл. 1.
Ключевые слова: мультифізичні задачі, високочастотний індукційний нагрів, розплавлений метал, електромагнітне перемішування, комп'ютерне моделювання.

STUDY OF HIGH-FREQUENCY INDUCTION HEATING AND MELTING OF CONDUCTING WORKPIECES TAKING INTO ACCOUNT THE NON-UNIFORM CURRENT DENSITY IN INDUCTOR WINDINGS

The paper presents new scientific findings, attained in the department No. 16 of the Institute of Electrodynamics by studying the multiphysics processes in the induction plant intended for high-frequency heating and melting the pieces of precious metals. The mathematical model and numerical technique for computations of coupled electromagnetic, thermal and hydrodynamic processes in the plant are developed taking into account the non-uniform current density distribution in solid windings of inductor. As a result of computer modeling, it is shown that for effective electrical energy conversion into heat during heating and melting of the workpieces, the current frequency of inductor should exceed a certain threshold (20 kHz), and the current amplitude should take a maximum permissible value on the condition of inductor heating. References 7, figures 8, table 1.
Key words: multiphysics problems, high-frequency induction heating, molten metal, electromagnetic stirring, computer modeling.