一种涂层感应加热方法技术

本发明专利技术涉及一种涂层感应加热方法，在感应加热过程中，管体、线圈与空气都属于不同介质，具有不同的磁热特性，根据不同介质的材料磁热特性，整个作用域空间被划分为三个个作用区域，感应加热过程中涂层熔化的热能来源于基体的感应电流产生的焦耳热，因此，对感应磁场与电场的耦合分析成为感应加热过程理论分析的核心，在研究加热管体材料机械特性保护方面，热应力场分析是辅助热场分析的重要手段；优点是：加热速度快，加热精度高，温度控制稳定，极大的提高了工作效率，节省成本。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及涂层喷涂领域，具体涉及一种涂层感应加热方法。
技术介绍
传统的管材面漆喷涂过程中，需要对管材进行离线地炉内加热，但是取出之后，难以使其保温在最佳温度附近，喷涂过程中的温度波动严重严重影响了面漆的附着质量，而且加热炉的加热效率严重影响了后续管材的喷涂效率，限制了生产节拍的提高。而作为一种新型的加热方式，感应加热可以实现无接触加热，并有着加热速度迅速，加热精度高等优点，并被广泛应用于工业生产当中。另外，在喷涂过程中，传统的喷头运动速度不稳定，喷头的启停动作、电网电压的波动影响了涂层的涂覆效果，涂层出现了众多的螺纹面，影响了涂层厚度的均匀性。因此通过研究温度稳定、运动精确的喷涂系统，对于提高钻杆防腐涂层的稳定性和可靠性有着重要的经济和技术意义。
技术实现思路
为解决现有技术的不足，本专利技术提供一种涂层感应加热方法。本专利技术的技术方案是：一种涂层感应加热方法，包括边界作用域划分，电-磁耦合分析，热-力场耦合分析，1)在感应加热过程中，管体、线圈与空气都属于不同介质，具有不同的磁热特性，根据不同介质的材料磁热特性，整个作用域空间被划分为三个个作用区域，分别为Ω1:管体区，为生热涡流区，材料为导电与导热介质，无外加激励电场，在此区域电流电荷被考虑，自由电荷产生焦耳热加热基体，Ω2:线圈区，为交变电流激发区，材料为导电材料，在此区域感应电流激励下产生交变磁场，给基体和提供激发磁场，给基体激发感应电流，Ω3:空气区，为非生热涡流区，材料为非导电介质，无外加激励源，在此区域发生辐射、热对流；2)感应加热过程中涂层熔化的热能来源于基体的感应电流产生的焦耳热，因此，对感应磁场与电场的耦合分析成为感应加热过程理论分析的核心，电磁场分析中，首先引用经典电磁理论的麦克斯韦方程组： ▿ × D = ρ ]]> ▿ × B = 0 ]]> ▿ × E = - ∂ B ∂ t ]]> ▿ × H = J + ∂ D ∂ t ]]>其中，D为电位移，C/m2，B为磁感应强度，Gs，E为电场强度，N/C，H为磁场强度，Oe，J为电流密度，A/m2，ρ为电荷密度，C/m2，焦耳热产生于自由电荷，电位移密度不是产生焦耳热的原因，只有在频率达到10MHz时，才会产生焦耳热，再者，因为电流密度J远远大于电位移密度所以不给计算在内，麦克斯韦方程组转化为： ▿ × B = 0 - - - ( 2 - 6 ) ]]> ▿ × E = - ∂ B ∂ t - - - ( 2 - 7 ) ]]> ▿ × H = J - - - ( 2 - 8 ) ]]>在此过程中的辅助协调公式如下：B＝μH(2-9)J＝σE(欧姆定律)(2-10)其中，μ为磁导率，σ为电导率，由磁感应强度B满足等式(2-6)的散度为零的，根据亥姆霍兹定理引入磁向量势A，得到等式 B = ▿ × A - - - ( 2 - 11 ) ]]>代入公式(2-11)到(2-7)中，可以得到： ▿ × [ E + ∂ A ∂ t ] = 0 - - - ( 2 - 12 ) ]]>因满足亥姆霍兹定理，由此引入标量电位势公式(2-12)可以进一步推导为：公式(2-11)与公式(2-13)可以同时满足公式(2-6)与公式(2-7)，因此代入辅助协调方程公式(2-9)与公式(2-10)到公式(2-8)中，可得标量电位势与磁向量势A不是唯一的，对于不同的应用规范会有不同的对应值，洛伦兹规范和库仑规范常用于解决电磁协调分析方程，在是准静态近似条件下，相对于洛伦兹规范利用库伦规范可极大的简化模型方程，在库伦规范协应用后，标量势与矢量势都可以被表达为标量电位势与磁向量势A的函数，因此，库伦规范表达式被代入公式(2-14)，惩罚公式引入公式(2-14)，得到公式引入旋度计算公式到公式(2-15)，可得代入公式(2-10)与(2-12)可得其中，Je为感应电流密度，Js为源电流密度，表达为对于谐波分析，电磁量是单一频率的振动函数，因此A可以写成：A＝A0ejωt (2-18)Js＝J0ejωt (2-19)其中，J0为源电流密度的振幅，A0为磁势振幅，ω为角频率，可表达为ω＝2πf，由于构建模型的对称性，外加激励电流可以设计为： A = ...

【技术保护点】
一种涂层感应加热方法，包括边界作用域划分，电‑磁耦合分析，热‑力场耦合分析，其特征在于：1)在感应加热过程中，管体、线圈与空气都属于不同介质，具有不同的磁热特性，根据不同介质的材料磁热特性，整个作用域空间被划分为三个个作用区域，分别为Ω1:管体区，为生热涡流区，材料为导电与导热介质，无外加激励电场，在此区域电流电荷被考虑，自由电荷产生焦耳热加热基体，Ω2:线圈区，为交变电流激发区，材料为导电材料，在此区域感应电流激励下产生交变磁场，给基体和提供激发磁场，给基体激发感应电流，Ω3:空气区，为非生热涡流区，材料为非导电介质，无外加激励源，在此区域发生辐射、热对流；2)感应加热过程中涂层熔化的热能来源于基体的感应电流产生的焦耳热，因此，对感应磁场与电场的耦合分析成为感应加热过程理论分析的核心，电磁场分析中，首先引用经典电磁理论的麦克斯韦方程组：▽×D＝ρ▽×B＝0▿×E=-∂B∂t]]>▿×H=J+∂D∂t]]>其中，D为电位移，C/m2，B为磁感应强度，Gs，E为电场强度，N/C，H为磁场强度，Oe，J为电流密度，A/m2，ρ为电荷密度，C/m2，焦耳热产生于自由电荷，电位移密度不是产生焦耳热的原因，只有在频率达到10MHz时，才会产生焦耳热，再者，因为电流密度J远远大于电位移密度所以不给计算在内，麦克斯韦方程组转化为：▽×B＝0    (2‑6)▿×E=-∂B∂t---(2-7)]]>▽×H＝J    (2‑8)在此过程中的辅助协调公式如下：B＝μH    (2‑9)J＝σE(欧姆定律)    (2‑10)其中，μ为磁导率，σ为电导率，由磁感应强度B满足等式(2‑6)的散度为零的，根据亥姆霍兹定理引入磁向量势A，得到等式B＝▽×A    (2‑11)代入公式(2‑11)到(2‑7)中，可以得到：▿×[E+∂A∂t]=0---(2-12)]]>因满足亥姆霍兹定理，由此引入标量电位势公式(2‑12)可以进一步推导为：公式(2‑11)与公式(2‑13)可以同时满足公式(2‑6)与公式(2‑7)，因此代入辅助协调方程公式(2‑9)与公式(2‑10)到公式(2‑8)中，可得标量电位势与磁向量势A不是唯一的，对于不同的应用规范会有不同的对应值，洛伦兹规范和库仑规范常用于解决电磁协调分析方程，在是准静态近似条件下，相对于洛伦兹规范利用库伦规范可极大的简化模型方程，在库伦规范协应用后，标量势与矢量势都可以被表达为标量电位势与磁向量势A的函数，因此，库伦规范表达式▽·A＝0被代入公式(2‑14)，惩罚公式引入公式(2‑14)，得到公式引入旋度计算公式▽×▽×A＝▽(▽·A)‑▽2A到公式(2‑15)，可得代入公式(2‑10)与(2‑12)可得其中，Je为感应电流密度，Js为源电流密度，表达为对于谐波分析，电磁量是单一频率的振动函数，因此A可以写成：A＝A0ejωt    (2‑18)Js＝J0ejωt    (2‑19)其中，J0为源电流密度的振幅，A0为磁势振幅，ω为角频率，可表达为ω＝2πf，由于构建模型的对称性，外加激励电流可以设计为：A=0A0eiωt+C0---(2-20)]]>J=0J0eiωt+C0---(2-21)]]>把公式(2‑18)与公式(2‑19)代入公式公式(2‑16)，可得1μ▿2A0+J0+jωσA0=0---(2-22)]]>对于轴对称的问题，柱坐标系下的公式(2‑22)转化为1μ(∂2A0∂R2+1R∂A0∂R+∂2A0∂Z2-A0R2)=-J0-jωσA0---(2-23)]]>以上公式适用于不同介质区域的电磁场，包括磁体、非磁体、导电介质和非导电介质，根据感应加热建模区域建模介质不同，由公式(2‑13)、(2‑15)与(2‑17)，各个区域描述方程如下：管体区Ω1范围内描述方程:线圈区Ω2范围内描述方程:空气区Ω3范围内描述方程:J＝0    (2‑30)▿×1μθμr▿×A-▿1μθμr(▿·A)=0---(2-31)]]>针对于不同区域边界介质的特性，设定各划分区域的边界条件如下:Ω1法线方向上：n·(D2‑D1)＝σe0    (2‑32)n·(B2‑B1)＝0    (2‑33)n·(J2-J1)=-∂&s...

【技术特征摘要】
1.一种涂层感应加热方法，包括边界作用域划分，电-磁耦合分析，热-力场耦合分析，其特征在于：1)在感应加热过程中，管体、线圈与空气都属于不同介质，具有不同的磁热特性，根据不同介质的材料磁热特性，整个作用域空间被划分为三个个作用区域，分别为Ω1:管体区，为生热涡流区，材料为导电与导热介质，无外加激励电场，在此区域电流电荷被考虑，自由电荷产生焦耳热加热基体，Ω2:线圈区，为交变电流激发区，材料为导电材料，在此区域感应电流激励下产生交变磁场，给基体和提供激发磁场，给基体激发感应电流，Ω3:空气区，为非生热涡流区，材料为非导电介质，无外加激励源，在此区域发生辐射、热对流；2)感应加热过程中涂层熔化的热能来源于基体的感应电流产生的焦耳热，因此，对感应磁场与电场的耦合分析成为感应加热过程理论分析的核心，电磁场分析中，首先引用经典电磁理论的麦克斯韦方程组：▽×D＝ρ▽×B＝0 ▿ × E = - ∂ B ∂ t ]]> ▿ × H = J + ∂ D ∂ t ]]>其中，D为电位移，C/m2，B为磁感应强度，Gs，E为电场强度，N/C，H为磁场强度，Oe，J为电流密度，A/m2，ρ为电荷密度，C/m2，焦耳热产生于自由电荷，电位移密度不是产生焦耳热的原因，只有在频率达到10MHz时，才会产生焦耳热，再者，因为电流密度J远远大于电位移密度所以不给计算在内，麦克斯韦方程组转化为：▽×B＝0 (2-6) ▿ × E = - ∂ B ∂ t - - - ...

【专利技术属性】
技术研发人员：张传芳，赵向坤，张献才，
申请(专利权)人：东营威玛石油钻具有限公司，
类型：发明
国别省市：山东;37