Проверка адекватности математических моделей нагрева одиночной плиты пресса

Напомним, что при разработке методики решения математической модели индукционного нагрева плиты вулканизационного пресса (2.1) - (2.23) приняты следующие допущения:

  • 1) тепловыделение каждого индуктора осуществляется равномерно во всём объёме паза плиты, в котором размещён индуктор. Характеристики материала этого объёма соответствуют характеристикам материала плиты;
  • 2) значения коэффициентов теплоотдачи от поверхностей плиты аь а2, ..., а6 и мощностей индукторов Qij, j = 1, ..., ni не зависят от температуры в пределах расчётных интервалов времени;
  • 3) значения мощности индукторов при изменении средней температуры плиты определяются по соотношениям (2.2) - (2.11).

Допущения, принятые при разработке методики связанного электромагнитного и теплового анализа температурного поля плиты в среде ANSYS:

  • 1) относительная магнитная проницаемость нагреваемой стали постоянна (не зависит от температуры);
  • 2) теплофизические свойства материалов, размещённых в пазах индукторов, соответствуют свойствам материала плиты.

Для проверки адекватности математических моделей (2.1) - (2.23) и (2.42), (2.12) - (2.23), (2.34) - (2.40), (2.43) - (2.47) были использованы результаты эксперимента, проведённого в ОАО «АРТИ-завод», г. Тамбов в целях определения сравнительной эффективности плит с индукционными и омическими нагревателями (спиральными ТЭНами).

Эксперимент проводился на специально изготовленном столе в энергетическом цехе завода при температуре воздуха То = 12 °C. Нагревательная плита размерами / = 500 мм, 5 = 410 мм, h = 70 мм с четырьмя индукторами прямоугольной формы размерами 184x142 мм в пазах сечением 25х25 мм (см. рис. 2.3) устанавливалась крышкой вниз на три опорных винта со сферической головкой, расположенных в вершинах треугольника с основанием 300 мм и высотой 260 мм. С помощью винтов обеспечивалось горизонтальное расположение плиты. Расстояние от стола до поверхности плиты - 150 мм. Индукторы соединены последовательно, число витков медного провода диаметром 1,8 мм в каждом из них - 60, их суммарная мощность при температуре То - 5,35 кВт.

Температурные измерения проводились с помощью изготовленных и отградуированных службой КИП завода хромель-копелевых термопар с диаметром термоэлектродов 0,5 мм. Четыре рабочих термопары располагались по углам плиты на расстоянии 50 мм от краёв, пятая - в центре плиты. В точках расположения термопар со стороны рабочей поверхности плиты сверлились глухие отверстия диаметром 5,5 мм и глубиной 5 мм, в которые вставлялись и расклёпывались пробки из алюминиевой проволоки диаметром 5 мм. Рабочие спаи термопар диаметром 1,5 мм зачеканивались в алюминиевые пробки на глубину 2 мм. Контрольная термопара вставлялась в специальное отверстие на коротком торце плиты и располагалась на глубине 16 мм от рабочей поверхности, на расстоянии 90 мм от короткого и 130 мм от длинного торцов. Схема расположения термопар в условиях эксперимента представлена на рис. 2.13.

Термопары подключались к одноточечному прибору А-565-003, измерения температуры на рабочей поверхности плиты проводились с помощью цифрового термометра контактного ТК-5.03, электрические параметры плиты контролировались с помощью измерительного комплекса К505 1621-75. Время разогрева контролировалось по секундомеру, контрольная температура нагрева плиты - 170 °C.

Рис. 2.13. Схема расположения термопар в условиях эксперимента

Для нагрева плиты до контрольной температуры в эксперименте потребовалось 32,8 мин (1968 с).

По методикам, описанным в п. 2.1.3, 2.1.4, в системах Mathcad и ANSYS были реализованы тепловая (2.1) - (2.23) и электромагнитнотепловая (2.42), (2.12) - (2.23), (2.34) - (2.40), (2.43), (2.45) модели индукционного нагрева тестовой плиты соответственно. На рисунках 2.14 и 2.15 представлено сравнение результатов решения этих моделей с экспериментальными данными для центральной и угловой термопар соответственно.

Время нагрева, с

Рис. 2.14. Сравнение результатов моделирования с данными эксперимента для центральной термопары:

  • 1 - электромагнитно-тепловая модель (ANSYS);
  • 2 - тепловая модель (Mathcad);
  • • - эксперимент

200

Сравнение результатов моделирования с данными эксперимента для угловой термопары

Рис. 2.15. Сравнение результатов моделирования с данными эксперимента для угловой термопары:

  • 1 - электромагнитно-тепловая модель (ANSYS);
  • 2 - тепловая модель (Mathcad);
  • • - эксперимент

По тепловой модели для центральной термопары максимальное абсолютное расхождение результатов расчёта с экспериментальными данными: 3,9 °C, - зафиксировано в конечный момент времени 1968 с, для боковой термопары - 8,0 °C в момент времени 540 с.

По электромагнитно-тепловой модели для центральной термопары максимальное отклонение расчётных данных от экспериментальных составило 2,9 °C в момент времени 180 с, для боковой термопары -5,1 °C в конечный момент времени 1968 с.

Таким образом, максимальная относительная погрешность расчётных данных по сравнению с экспериментальными для тепловой модели составила 11%, для электромагнитно-тепловой модели - 6,3%, что вполне допустимо при моделировании химико-технологических процессов [42].

 
Посмотреть оригинал
< Пред   СОДЕРЖАНИЕ ОРИГИНАЛ   След >