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          管道流體感應加熱器原理及研究與應用現狀

          2021-09-22 22:30:00

          管道流體感應加熱器原理及研究與應用現狀

          1   概述

          管道流體的感應加熱,根據加熱流體種類的不同,可以分為兩類。一類是鐵磁性流體,另一類是無磁或弱磁性流體,如水、油等。前者常見于金屬冶煉中的中間包加工過程,后者常見于原油管輸、供熱供暖等領域。

          2   管道加熱器組成

          管道式電磁加熱器由中高頻電源、勵磁線圈、整流電路、逆變電路、換熱器(鋼管)、溫度流量傳感器、單片機等部分組成。電源將市電(工頻50 Hz的交流電)轉化為頻率高于1 kHz的中高頻電源;勵磁線圈均勻地繞制于換熱器外層,換熱器為鋼管,其外側包裹保溫材料;鋼管內側可設置擋流板,加強流體擾動,有利于管道與流體之間的熱量交換;為了檢測流體的流量與溫度,可在管道外加裝流量計、內部設置溫度傳感器;通過微控制器(單片機)實現對流體溫度及流量的控制,進而達到控制并保護電路的目的;IGBT逆變電路通過單片機控制程序系統,使控制電路保持穩定,并在安全范圍內運行。

          為了增強電磁加熱器的安全性及熱效率,可以通過增加隔熱防護層來強化底腳絕緣,同時為了減小熱輻射對隔磁板影響,可對隔磁板采取熱輻射防護措施,還可以對隔磁板采取分塊布置及加裝冷卻裝置。

          管道式電加熱器

          3   管道式電磁加熱器原理

          ①電磁感應定律

          電磁感應加熱原理見圖1。在導體(具有導磁性能的不銹鋼管,為發熱元件)周圍繞制多匝線圈,并讓線圈通入由感應電源產生的特定頻率的交變電流,線圈中產生磁通量,該磁通量頻率與交變電流頻率相一致。導體沿徑向方向會產生感應電動勢及感應電流,感應電流頻率與交變電流頻率相同。由焦耳定律可知,導體將電流產生的電磁能轉化為熱量,使導體溫度升高。

          電磁感應加熱原理

          ②熱傳導及對流換熱

          由于集膚效應,導體中感應渦流集中于外壁面,因此產生的熱量也集中于外壁面,熱量由外壁面沿外徑向內傳導;流體流經導體,被加熱后溫度升高,屬于對流換熱過程。

          由楞次定律,感應電流在鋼水中形成閉合回路,回路方向與線圈產生的勵磁電流方向相反,并在鋼水中產生熱量。由于電磁感應產生的熱量直接作用于鋼水,因此鋼水可以得到充分加熱,熱量損失少,能量利用率可達95%,這也是感應加熱流體中效率較高的一種形式。

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