Индукциони алуминиумски цевки со индукциско загревање со висока фреквенција
Романот ги применува областите на индукција греење бараат анализа на дистрибуцијата на температурата во загреаните компоненти, земајќи ги предвид соодветните структури и својствата на материјалот. Методот на конечни елементи (ФЕМ) обезбедува моќна алатка за извршување на такви анализи и оптимизација на индукционите процеси на греење преку споени електромагнетни и термички нумерички анализи и симулации.
Главната цел на овој придонес е да се укаже на можноста за примена на соодветна, софистицирана и ефикасна технологија на индукционо лемење за производство на соларни колектори врз основа на нумеричка симулација и извршени експерименти.
Опис на проблемот
Оваа работа се занимава со дизајнирање на компоненти за сончеви колектори погодни за процес на лемење, имено деловите за собирање на цевки (слика 1а). Цевките се направени од легура Al од типот AW 3000 со хемиски состав даден во Табела 1. За лемење се користи легура од типот Al 104 (Табела 2) заедно со флуксот Braze Tec 32/80, а остатоците не се -корозивни. Температурниот интервал помеѓу цврсти и ликвидни температури за легурата за лемење Al 104 се движи од 575 ° C до 585 ° C. Солидната температура на материјалот од цевката е 650 ° C.
Табела 1 Хемиски состав на легура AW 3000 [wt. %]
| Si | Fe | Cu | Mn | Mg | Zn | Cr | Al |
| 0.05-0.15 | 0.06-0.35 | макс. 0.1 | 0.3-0.6 | 0.02-0.20 | 0.05-0.3 | макс. 0.25 | балансираат |
Табела 2 Хемиски состав на легура на лемење од типот Al 104 [wt. %]
| Si | Fe | Cu | Mn | Mg | Zn | Ti | Al |
| 11-13 | 0.6 | макс. 0.3 | 0.15 | 0.1 | 0.2 | макс. 0.15 | балансираат |
Процесот на лемење претпоставува примена на индукционо греење. Потребно е да се дизајнира системот на индукционо греење на таков начин што треба истовремено да се постигнуваат температури на лемење во зоната на споеви (лемење на метали - легура на лемење). Од оваа гледна точка, правилен избор на индукциска серпентина, нејзината геометрија и параметрите на работа (главно фреквенцијата и изворната струја) е многу важен. Обликот и димензиите на дизајнираната бакарна индукциска намотка со ладење во вода се прикажани на слика 1б
Ефектот на релевантните параметри на индукционото греење врз дистрибуцијата на температурата во заварените делови беше оценет со помош на нумеричката симулација на индукционо греење со примена на програмскиот код ANSYS 10.0.
Симулациски модел
Во согласност со методологијата за решавање на споени електромагнетни и термички проблеми од страна на ФЕМ со користење на софтверот ANSYS 10.0 [3-5], беше развиен симулациониот модел на индукциониот процес на греење за лемење вклучувајќи геометриски, физички и почетни и гранични услови. Главната цел на нумеричката симулација беше да се дефинираат оптималните параметри на индукционото греење (фреквенцијата и изворната струја) за да се постигне потребната дистрибуција на температурата во зоната на формирање на споеви.
Предложениот 3Д-модел (слика 2) за електромагнетна анализа се состои од модел на цевки, легура на лемење, индукциска калем ладен со вода и околен воздух (не е прикажано на слика 2). Во термичката анализа, беа разгледани само цевките и легурата на лемење. Детал од мрежата генерирана од линеарните елементи со 8 јазли во зоната на формирање на споеви е илустрирана на Сл. 2б.
Сл. 2 а) Геометриски модел за електромагнетна анализа без околен воздух и б) детали за 3Д-решетката генерирана во зоната на формирање на зглобот. Температурните зависности од електричните и топлинските својства на легурата AW 3000 и легурата на лемило Al 104 се добиени со употреба на JMatPro софтвер [6]. Следејќи го фактот дека применетите материјали не се магнетни, нивната релативна пропустливост µr = 1.
Почетната температура на лемените материјали беше 20 ° C. Се претпоставуваа совршени електрични и термички контакти на граничните површини на материјалите. Фреквенцијата на изворната струја во индукциската серпентина требаше да биде 350 kHz. Вредноста на изворната струја беше дефинирана од интервалот од 600 А до 700 A. Земено е во предвид ладењето на заварените цевки со слободна конвекција и зрачење на воздухот со температура од 20 ° C. Дефиниран е комбиниран коефициент на пренос на топлина зависен од температурата на површината на заваруваните делови. На слика 3, дистрибуцијата на температурата во лемените компоненти по постигнувањето на потребните температури во зоната на зглобовите е прикажана за избраните вредности на применетите извори на струја во индукциона греење серпентина. Времето од 36 секунди со користење на изворната струја од 600 А се чини дека е доста долго. Брзото загревање со примена на изворната струја од 700 А не може да биде доволно за топење на легурата за лемење Ал 104. Поради оваа причина, се препорачува струја на изворот приближно на нивото од 620 А до 640 А што води до време на лемење од 25 до 27.5 секунди
