Indukcinio litavimo aliuminio vamzdžiai su aukšto dažnio indukciniu šildymu
Naujų taikymo sričių indukcinio kaitinimo reikalauti analizuoti temperatūros pasiskirstymą šildomų komponentų viduje, atsižvelgiant į atitinkamas struktūras ir medžiagos savybes. Baigtinių elementų metodas (FEM) yra galingas įrankis tokioms indukcinio kaitinimo procesų analizėms ir optimizavimui atlikti naudojant susietas elektromagnetines ir šilumines skaitmenines analizes ir modeliavimus.
Pagrindinis šio indėlio tikslas yra nurodyti tinkamos, sudėtingos ir efektyvios indukcinio litavimo litavimo technologijos galimybę naudoti saulės kolektorių gamybai, remiantis skaitmenine simuliacija ir atliktais eksperimentais.
Problemos aprašymas
Šiame darbe nagrinėjamas litavimo procesams tinkamų saulės kolektorių komponentų, būtent vamzdžių surinkimo dalių, projektavimas (1a pav.). Vamzdžiai gaminami iš AW 3000 tipo Al lydinio, kurio cheminė sudėtis pateikta 1 lentelėje. Lituojant naudojamas Al 104 tipo lydinys (2 lentelė) kartu su „Braze Tec 32/80“ srautu, kurio likučiai nėra -korozinis. Temperatūros intervalas tarp kietojo ir skysčio temperatūrų Al 104 litavimo lydiniams yra nuo 575 ° C iki 585 ° C. Vamzdžio medžiagos kietumo temperatūra yra 650 ° C.
1 lentelė Cheminė AW 3000 lydinio sudėtis [masė %]
| Si | Fe | Cu | Mn | Mg | Zn | Cr | Al |
| 0.05-0.15 | 0.06-0.35 | maks. 0.1 | 0.3-0.6 | 0.02-0.20 | 0.05-0.3 | maks. 0.25 | subalansuoti |
2 lentelė Al 104 tipo litavimo lydinio cheminė sudėtis [masė %]
| Si | Fe | Cu | Mn | Mg | Zn | Ti | Al |
| 11-13 | 0.6 | maks. 0.3 | 0.15 | 0.1 | 0.2 | maks. 0.15 | subalansuoti |
Kietojo litavimo procesas numato indukcinio šildymo naudojimą. Indukcinio šildymo sistemą būtina suprojektuoti taip, kad tuo pačiu metu turėtų būti pasiekta litavimo temperatūra jungties zonoje (lituoti metalai - litavimo lydiniai). Šiuo požiūriu labai svarbu tinkamai pasirinkti indukcinę ritę, jos geometriją ir veikimo parametrus (daugiausia dažnį ir šaltinio srovę). Suprojektuotos varinės vandeniu aušinamos indukcinės ritės forma ir matmenys parodyta 1b pav
Atitinkamų indukcinio kaitinimo parametrų poveikis temperatūros pasiskirstymui lituotose dalyse buvo įvertintas naudojant skaitinį indukcinio šildymo modeliavimą, naudojant programos kodą ANSYS 10.0.
Imitacinis modelis
Pagal susietų elektromagnetinių ir šiluminių problemų sprendimo metodiką taikant FEM naudojant ANSYS 10.0 programinę įrangą [3-5], buvo sukurtas indukcinio kaitinimo litavimui litavimo modelis, įskaitant geometrines, fizines, pradines ir ribines sąlygas. Pagrindinis skaitinio modeliavimo tikslas buvo apibrėžti optimalius indukcinio kaitinimo parametrus (dažnį ir šaltinio srovę), kad būtų pasiektas reikalingas temperatūros pasiskirstymas jungties formavimo zonoje.
Siūlomas elektromagnetinės analizės 3D modelis (2 pav.) Susideda iš vamzdžių, litavimo lydinio, vandeniu aušinamos indukcinės ritės ir aplinkinio oro modelio (neparodytas 2 pav.). Atliekant terminę analizę, buvo atsižvelgiama tik į vamzdžius ir litavimo lydinį. Tinklo, sukurto iš linijinių, 8 mazgų elementų jungties formavimo zonoje, detalė yra pavaizduota 2b pav.
2 pav. A) Elektromagnetinės analizės be aplinkinio oro geometrinis modelis ir b) 3D tinklelio, sukurto jungties formavimo zonoje, detalės. AW 3000 lydinio ir Al 104 litavimo lydinio elektrinių ir šiluminių savybių temperatūros priklausomybė buvo gauta naudojant JMatPro programinė įranga [6]. Atsižvelgiant į tai, kad naudojamos medžiagos yra nemagnetinės, jų santykinis pralaidumas µr = 1.
Pradinė lituotų medžiagų temperatūra buvo 20 ° C. Manoma, kad puikūs elektriniai ir šiluminiai kontaktai ant medžiagų ribinių paviršių. Šaltinio srovės dažnis indukcinėje ritėje turėjo būti 350 kHz. Šaltinio srovės vertė buvo apibrėžta intervale nuo 600 A iki 700 A. Buvo atsižvelgta į lituotų vamzdžių aušinimą laisva konvekcija ir radiaciją į orą 20 ° C temperatūroje. Nustatytas kombinuotas šilumos perdavimo koeficientas, priklausantis nuo lituotų dalių paviršiaus temperatūros. 3 paveiksle temperatūros pasiskirstymas lituotais komponentais, pasiekus reikiamą temperatūrą jungties zonoje, parodytas pasirinktoms naudojamų šaltinio srovių vertėms indukcinio šildymo ritė. Atrodo, kad 36 sekundžių laikas naudojant 600 A šaltinio srovę yra gana ilgas. Greito kaitinimo, naudojant 700 A šaltinio srovę, nepakanka lydyti Al 104 litavimo lydinį. Dėl šios priežasties šaltinio srovė yra maždaug nuo 620 A iki 640 A, todėl litavimo laikas yra nuo 25 iki 27.5 sekundės.
