ПОИСК Статьи Рисунки Таблицы Основные закономерности индукционного нагрева из "Химические аппараты с индукционным обогревом" Индукционный нагрев-один из видов электронагрева, который состоит в нагреве электропроводящих материалов в переменном электромагнитном поле. При индукционном нагреве возникает движение электронов в проводнике под действием переменного электромагнитного поля при этом часть энергии электронов вследствие соударений преобразуется в теплоту. [c.7] Здесь Н-магнитная напряженность О-электрическая индукция ц-относительная магнитная проницаемость е-относительная диэлектрическая проницаемость и Ер-магнитная и электрическая постоянные ст-плотность электрических зарядов. [c.8] Оба подхода равноправны, однако при расчете устройств индукционного нагрева один из них может оказаться предпочтительнее. В дальнейщем будем пользоваться в основном вторым подходом, который позволяет наглядно представить физическую суть процессов [41, 49, 11]. [c.8] Рассмотрим систему индуктор-загрузка (рис. 1.1). Вся система делится на несколько участков (в данном случае пять), причем в пределах каждого участка параметры среды р и ц постоянны или изменяются по известному закону, который учитывается в расчетах. Величины, характеризующие электромагнитное поле (Н и Ё), должны быть заданы на границах участка. Для рассматриваемой системы выделяются следующие участки индуктор, загрузка (металлическая труба), зазор между ними, пространство вне индуктора и пространство внутри загрузки, т.е. в полости трубы. [c.8] Наибольщие трудности при расчете индукторов возникают при определении параметров поля на участках, представляющих собой нелинейную среду (ферромагнетик) либо имеющих сложную геометрическую форму. Возможно и сочетание этих факторов. Методы математического описания устройств индукционного нагрева химических аппаратов приведены в гл. 4, где даны также инженерные методики расчета. Здесь укажем только, что помимо щироко применяемых аналитических методов в настоящее время разработаны численные, основанные на использовании ЭВМ, и методы физического моделирования, основанные на теории подобия и методах математической обработки и планирования эксперимента [1, 12, 43]. [c.9] Поскольку удельное электрическое сопротивление зависит от температуры и электрическая изоляция выдерживает определенную температуру, то очень важна проблема охлаждения индукторов. В практике индукционного нагрева обычно применяют водяное охлаждение индукторов. При небольших удельных поверхностных мощностях нагрева, применяемых в химических аппаратах с индукционным обогревом ( г 10-30 кВт/м ), широко используют также принудительное и естественное воздушное охлаждение, что упрощает конструкцию и эксплуатацию аппаратов. Следует отметить особо, что в некоторых индукционных установках экономически оправдано охлаждение индукторов сжиженными газами до температур 20-120 К (криогенное охлаждение). При этом потери электрической энергии в индукторах могут быть снижены в 10-100 раз, однако с учетом потребления энергии системой криообеспечения общая экономия энергии составит 10-25%. [c.10] Соотношение определяющего геометрического размера проводника и глубины проникновения электромагнитной волны влияет на значения функций F и С, т. е. на активную и реактивную мощности в формулах (1.9а) и (1.96). [c.11] Реактивные мощности в индукторе и загрузке Рд2 по абсолютной величине могут быть больше или меньше активных мощностей и также равны им, что определяется соотношением поправочных функций Р и С, т.е. геометрией индуктора и глубиной проникновения электромагнитной волны для каждого участка. Для индуктора оптимальное значение толщины б = 1,ЗА. При выборе толщины стенки загрузки ее принимают возможно меньшей для повышения электрического КПД и коэффициента мощности. [c.12] Реактивные мощности в зазоре Р,з, вне индуктора и в пол ости загрузки Pg рассчитывают по формулам, полученным из уравнений Максвелла или с использованием упрощенных приближенных методов [49]. [c.12] Увеличение tIj свидетельствует об экономии электроэнергии, в то время как увеличение совф позволяет уменьшить число конденсаторов, применяемых для компенсации реактивной мощности, или, другими словами, позволяет снизить капитальные затраты. Повышение os фи достигается уменьшением зазора между индуктором и загрузкой, применением магнитопроводов, правильным выбором геометрии индуктора и, если возможно,- загрузки. [c.13] Отметим, что на г)э и os фи влияет отношение длины к радиусу (1/R) индуктора и загрузки. При 1/R 10 система считается длинной и имеет наибольшие значения Пэ и os фи, которые с уменьшением 1/R снижаются. Применение магнитопроводов особенно целесообразно для коротких систем индуктор-загрузка, так как при этом существенно повышаются г э и os фи. [c.13] На значения г э и со8ф влияет также частота тока индуктора, так как от нее зависит глубина проникновения электромагнитной волны. С увеличением частоты возрастает электрический КПД и снижается коэффициент мощности. Необходимо отметить также, что применение частот, отличающихся от промышленной (50 Гц), требует специальных преобразователей частоты и связано с повышением капитальных затрат и усложнением эксплуатации оборудования. Химические аппараты с индукционным обогревом работают, как правило, на промышленной частоте. [c.13] Создание инженерных методик расчета таких систем потребовало проведения обширных исследований с использованием современной вычислительной техники, моделирования, математических методов обработки результатов экспериментов и т. д. Необходимо остановиться еще на одном вопросе-теплообмене между нагреваемым продуктом и нагретой индукционным методом металлической поверхностью. Для повыщения эффективности нагрева продукта применяют различные конструктивные приемы (например, оребрение теплоотдающих стенок), что также требует разработки специальных методик расчета химических аппаратов с индукционным обогревом [29, 39, 59]. Эти вопросы изложены в гл. 4. [c.14] Вернуться к основной статье