3D modeling of electromagnetic-thermal phenomena in induction heated rotating steel cylinder

Abstract

W artykule przedstawiono numeryczny, trójwymiarowy model układu nagrzewania indukcyjnego obracającego się walca stalowego. Tego typu obiekty cieplne wykorzystywane są w różnych gałęziach przemysłu, a przedmiotem modelowania jest rozwijane w Katedrze Informatyki Stosowanej PŁ półprzemysłowe stanowisko badawcze. Omówiono podstawy teoretyczne modelu oraz metodę rozwiązania problemu pól sprzężonych: elektromagnetycznego i cieplnego, z uwzględnieniem nieliniowości wynikających z własności materiałowych elementów układu. Wykorzystując powstały model, przeanalizowano zjawiska zachodzące w przypadku nagrzewania walca ruchomymi wzbudnikami. W szczególności zbadano wpływ wzajemnego położenia pary wzbudników na rozkład mocy generowanej w płaszczu walca.

In the paper 3D numerical model of induction heating of the rotating steel cylinder has been presented. This type of a thermal plant is widely used in various branches of industry, and semi-industrial experimental setup being modeled has been developed in Computer Engineering Department TUL. Theoretical background of the model and the way of solution of coupled electromagnetic and thermal field have been given as well as nonlinearities of material properties has been introduced into the model. Induction heating of the cylinder using moving inductors has been analyzed. In particular the influence of inductor's mutual placement on the heating power generated in the cylinder has been examined.