对TP2内螺纹铜管中频加热及施加脉冲电流的模拟方法技术

本发明专利技术公开了一种对TP2内螺纹铜管中频加热及施加脉冲电流的模拟方法，其内容为：模拟了TP2内螺纹铜管的静态仿真，即线圈与TP2内螺纹铜管始终相对静止，对TP2内螺纹铜管同时中频热处理及施加脉冲电流的整个模拟；模拟了TP2内螺纹铜管的动态仿真，即线圈与TP2内螺纹铜管相对运动时，对TP2内螺纹铜管同时中频热处理及施加脉冲电流的整个模拟；在静态模拟和动态模拟中，得到了各时刻，铜管整体及横截面方向上的温度场分布、电磁场分布以及脉冲电流的分布情况，并总结得到各参数对温度场、电磁场、脉冲电流的分布规律。采用本发明专利技术方法能够对TP2内螺纹铜管施加脉冲电流和中频热处理作用的实验进行仿真模拟，结果较为准确，很贴近实际实验的效果。

A simulation method for medium frequency heating and impulsive current application of TP2 internal thread copper tube

The invention discloses a method for TP2 inner grooved copper tube induction heating and the simulation method of pulse current, its content is: to simulate the static simulation of TP2 inner grooved copper tube, the coil and the TP2 tube is relatively static, the TP2 inner grooved copper tube heat treatment and at the same time if applying pulse current of the simulation; simulation of the dynamic simulation of TP2 inner grooved copper tube, the coil and the TP2 inner grooved copper tube when the relative movement of TP2 inner grooved copper tube heat treatment and at the same time if the pulse current is applied in simulation; static simulation and dynamic simulation, obtained the moment, brass and cross section in the direction of the overall distribution of temperature field and electromagnetic field distribution and pulse current distribution, and summed up the various parameters on the distribution of temperature field, electromagnetic field, pulse current. By adopting the method of the invention, we can simulate the experiment of impulsive current and intermediate frequency heat treatment of TP2 internally threaded copper tubes, and the results are more accurate, which is very close to the actual experimental results.

【技术实现步骤摘要】
对TP2内螺纹铜管中频加热及施加脉冲电流的模拟方法
本专利技术涉及一种针对改善TP2内螺纹铜管组织的模拟方法，特别涉及一种模拟脉冲电流辅助对铜管中频感应加热处理的方法，能够实现对铜管进行中频热处理的同时予以施加脉冲电流的数值模拟。
技术介绍
TP2内螺纹铜管被广泛的应用于空调、制冷器等国民生产生活中，由于其良好的传热性能，因此被广泛的应用于制冷、导热工业中。国内生产制造TP2内螺纹铜管主要采用的方法为铸轧法，但由于现有生产技术上的局限，普遍存在一定缺陷，在使用过程中，在导热性能起重要作用的内螺纹齿部分在使用一段时间后，常常易出现疲劳破损而导致裂纹、螺纹齿残缺、断齿等现象，这大大降低了螺纹管的导热性能和使用寿命。为了提高铜管的性能，由此在生产过程中需要克服的加工难度以及人力物力的投入不断增多，这都加重了企业的负担和成本。已有研究结果表明，脉冲电流作用于高温金属组织时，能够使其组织得到细化，改善力学性能；另一方面，电磁感应加热处理由于具有加热快、效率高、污染小的优点在工业生产中普遍应用，结合这两点，对铜管进行中频热处理的同时，施加脉冲电流，可以细化铜管组织，改善其力学性能。从而避免为降低生产工艺缺陷造成的影响而带来的高加工难度和高生产成本等缺点。但是在研究对TP2内螺纹铜管进行感应加热及施加脉冲电流两者共同作用下，铜管组织性能获得的效果，通常都是采用大量的实验来进行总结、验证的，虽然通过实验可以切实可靠的掌握两种物理作用下，铜管的组织性能受到的影响及变化，但这需要花费大量的人力物力来整理，以及花费很多的时间，更为重要的是，实验只能通过金相实验等来查看组织，最重要的实验过程中，铜管上各部位的温度场、电磁场分布、脉冲电流的分布情况、变化情况是在实验中是不可能获得的，因此，通过实验只能对实验完后的试件进行金相实验来得到铜管组织晶粒在不同参数下的变化，从而获得一定的规律，而在实验过程中的起重要作用的各物理场则无任何获得，缺陷太大，而ANSYS软件由于具有电磁物理场、热电耦合场等多物理场的耦合，以及强大的数值模拟功能，通过电子计算机的准确计算，可以获得接近实际的效果而获得广泛的使用。因此，基于实验中存在的上述缺陷以及计算机技术和ANSYS软件的强大功能，采用ANSYS软件作为模拟仿真平台是节约成本、时间、人力、物力，又较为准确接近实际情况的绝佳方法，更为重要的是，其为实验做好了大量的准备工作和向导性工作，为实验总结相应的规律做了很好的铺垫，并且生动、形象、较为准确的给出实验过程中主要物理场的作用机制，为总结规律提供了重要的支撑和材料。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于ANSYS仿真模拟平台对TP2内螺纹铜管整个实验过程进行仿真计算、能够较为准确的模拟改善铜管性能的中频热处理及脉冲电流加载这两个物理作用、并能更为接近实际实验过程的模拟计算方法。为实现上述目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种对TP2内螺纹铜管中频加热及施加脉冲电流的模拟方法，该方法包括静态仿真模拟和动态仿真模拟；所述静态仿真模拟包括如下步骤：步骤一、提取铜管及感应线圈的几何参数和物理参数，并转换为ANSYS中的命令流语言；依据前述参数建立铜管、感应线圈和空气的实体模型；进行网格划分，获得有限元模型；步骤二、导入有限元模型，进入物理环境库中进行各物理作用的模拟：其具体内容如下：(1)通过*do循环语言命令来对中频感应加热进行模拟：导入中频感应加热的电磁物理环境，读入温度载荷并作为初始条件，开始进行电磁分析计算；电磁分析完毕后，导入中频感应加热的热物理环境，将电磁分析中的温度载荷以及电磁分析中的热生成率作为初始条件，进行热计算；计算完毕后，在*do循环命令下，返回开始的电磁分析中，再一次重新开始，根据设置的循环次数依次重复进行，直至达到要求的热处理温度范围为止；(2)通过*do循环语言命令对脉冲电流进行模拟：其一，脉冲热电模拟：导入脉冲热电物理环境，将脉冲电流关键参数转化为ANSYS语言，将感应加热中的温度载荷作为初始条件导入，进行计算；待达到规定的计算时间后，将计算结果保存至相应的结果文件中；其二，脉冲电磁模拟：导入脉冲电磁物理环境，脉冲电流各参数通过APDL语言及*do循环命令进行设置，将脉冲热电的温度载荷作为温度初始条件，并将感应加热的电磁力载荷作为电磁场初始条件导入，进行计算；待达到规定的计算时间后，将计算结果保存至相应的结果文件中；步骤三、首先清除上一次步骤一、步骤二模拟时导入的有限元模型；再次提取铜管及新建立的感应线圈的几何参数和物理参数，并转换为ANSYS中的命令流语言；依据这些参数建立铜管、感应线圈和空气的实体模型；重新进行网格划分，生成新的有限元模型；步骤四、导入新的有限元模型，进入物理环境库中进行各物理作用的模拟：其具体内容如下：(1)通过*do循环语言命令来对中频感应加热进行模拟：导入中频感应加热的电磁物理环境，读入上一次模拟中最终时刻的温度载荷并作为初始条件，开始进行电磁分析计算；电磁分析完毕后，导入中频感应加热的热物理环境，将电磁分析中的温度载荷以及电磁分析中的热生成率作为初始条件，进行热计算；计算完毕后，在*do循环命令下，返回开始的电磁分析中，再一次重新开始，根据设置的循环次数依次重复进行，直至达到要求的热处理温度范围为止；(2)通过*do循环语言命令对脉冲电流进行模拟：其一，脉冲热电模拟：导入脉冲热电物理环境，将脉冲电流关键参数转化为ANSYS语言，将感应加热中的温度载荷作为初始条件导入，进行计算；待达到规定的计算时间结束，并将计算结果保存至相应的结果文件中；其二，脉冲电磁模拟：导入脉冲电磁物理环境，脉冲电流各参数通过APDL语言及*do循环命令进行设置，将脉冲热电的温度载荷作为温度初始条件，并将感应加热的电磁力载荷作为电磁场初始条件导入，进行计算；待达到规定的计算时间结束，并将计算结果保存至相应的结果文件中；按照上述步骤，依次重复往复，根据静态仿真模拟中的时间设置，直至达到指定时间为止；所述动态仿真模拟，其基本步骤与所述静态仿真模拟相同，只是在ANSYS软件平台中，为实现铜管与感应线圈之间的相对运动效果，每将感应线圈移动一次，感应线圈与铜管之间的相对位置发生一次改变，其相应的有限元模型就需要重新建立一次；所述动态仿真模拟包括如下步骤：步骤一、同静态仿真模拟步骤一；步骤二、同静态仿真模拟步骤二；步骤三、首先清除上一次步骤一、步骤二模拟时导入的有限元模型；提取铜管及新建立的感应线圈的几何参数和物理参数，并转换为ANSYS中的命令流语言；依据前述参数建立铜管、感应线圈和空气的实体模型；重新进行网格划分，生成新的有限元模型；所述新建立的感应线圈，相较上一次模拟时，其感应线圈尺寸没有变化，只是与铜管的相对位置发生改变；步骤四、导入新的有限元模型，进入物理环境库中进行各物理作用的模拟：其具体内容如下：(1)通过*do循环语言命令来对中频感应加热进行模拟：导入中频感应加热的电磁物理环境，读入上一次模拟中最终时刻的温度载荷并作为初始条件，开始进行电磁分析计算；电磁分析完毕后，导入中频感应加热的热物理环境，将电磁分析中的温度载荷以及电磁分析中的热生成率作为初始条件，进行热计算；计算完毕后，在*do循环命令下，返回开始的本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种对TP2内螺纹铜管中频加热及施加脉冲电流的模拟方法，该方法包括静态仿真模拟和动态仿真模拟；所述静态仿真模拟包括如下步骤：步骤一、提取铜管及感应线圈的几何参数和物理参数，并转换为ANSYS中的命令流语言；依据前述参数建立铜管、感应线圈和空气的实体模型；进行网格划分，获得有限元模型；步骤二、导入有限元模型，进入物理环境库中进行各物理作用的模拟：其具体内容如下：(1)通过*do循环语言命令来对中频感应加热进行模拟：导入中频感应加热的电磁物理环境，读入温度载荷并作为初始条件，开始进行电磁分析计算；电磁分析完毕后，导入中频感应加热的热物理环境，将电磁分析中的温度载荷以及电磁分析中的热生成率作为初始条件，进行热计算；计算完毕后，在*do循环命令下，返回开始的电磁分析中，再一次重新开始，根据设置的循环次数依次重复进行，直至达到要求的热处理温度范围为止；(2)通过*do循环语言命令对脉冲电流进行模拟：其一，脉冲热电模拟：导入脉冲热电物理环境，将脉冲电流关键参数转化为ANSYS语言，将感应加热中的温度载荷作为初始条件导入，进行计算；待达到规定的计算时间后，将计算结果保存至相应的结果文件中；其二，脉冲电磁模拟：导入脉冲电磁物理环境，脉冲电流各参数通过APDL语言及*do循环命令进行设置，将脉冲热电的温度载荷作为温度初始条件，并将感应加热的电磁力载荷作为电磁场初始条件导入，进行计算；待达到规定的计算时间后，将计算结果保存至相应的结果文件中；步骤三、首先清除上一次步骤一、步骤二模拟时导入的有限元模型；再次提取铜管及新建立的感应线圈的几何参数和物理参数，并转换为ANSYS中的命令流语言；依据这些参数建立铜管、感应线圈和空气的实体模型；重新进行网格划分，生成新的有限元模型；步骤四、导入新的有限元模型，进入物理环境库中进行各物理作用的模拟：其具体内容如下：(1)通过*do循环语言命令来对中频感应加热进行模拟：导入中频感应加热的电磁物理环境，读入上一次模拟中最终时刻的温度载荷并作为初始条件，开始进行电磁分析计算；电磁分析完毕后，导入中频感应加热的热物理环境，将电磁分析中的温度载荷以及电磁分析中的热生成率作为初始条件，进行热计算；计算完毕后，在*do循环命令下，返回开始的电磁分析中，再一次重新开始，根据设置的循环次数依次重复进行，直至达到要求的热处理温度范围为止；(2)通过*do循环语言命令对脉冲电流进行模拟：其一，脉冲热电模拟：导入脉冲热电物理环境，将脉冲电流关键参数转化为ANSYS语言，将感应加热中的温度载荷作为初始条件导入，进行计算；待达到规定的计算时间结束，并将计算结果保存至相应的结果文件中；其二，脉冲电磁模拟：导入脉冲电磁物理环境，脉冲电流各参数通过APDL语言及*do循环命令进行设置，将脉冲热电的温度载荷作为温度初始条件，并将感应加热的电磁力载荷作为电磁场初始条件导入，进行计算；待达到规定的计算时间结束，并将计算结果保存至相应的结果文件中；按照上述步骤，依次重复往复，根据静态仿真模拟中的时间设置，直至达到指定时间为止；所述动态仿真模拟，其基本步骤与所述静态仿真模拟相同，只是在ANSYS软件平台中，为实现铜管与感应线圈之间的相对运动效果，每将感应线圈移动一次，感应线圈与铜管之间的相对位置发生一次改变，其相应的有限元模型就需要重新建立一次；所述动态仿真模拟包括如下步骤：步骤一、同静态仿真模拟步骤一；步骤二、同静态仿真模拟步骤二；步骤三、首先清除上一次步骤一、步骤二模拟时导入的有限元模型；提取铜管及新建立的感应线圈的几何参数和物理参数，并转换为ANSYS中的命令流语言；依据前述参数建立铜管、感应线圈和空气的实体模型；重新进行网格划分，生成新的有限元模型；所述新建立的感应线圈，相较上一次模拟时，其感应线圈尺寸没有变化，只是与铜管的相对位置发生改变；步骤四、导入新的有限元模型，进入物理环境库中进行各物理作用的模拟：其具体内容如下：(1)通过*do循环语言命令来对中频感应加热进行模拟：导入中频感应加热的电磁物理环境，读入上一次模拟中最终时刻的温度载荷并作为初始条件，开始进行电磁分析计算；电磁分析完毕后，导入中频感应加热的热物理环境，将电磁分析中的温度载荷以及电磁分析中的热生成率作为初始条件，进行热计算；计算完毕后，在*do循环命令下，返回开始的电磁分析中，再一次重新开始，根据设置的循环次数依次重复进行，直至达到要求的热处理温度范围为止；(2)通过*do循环语言命令对脉冲电流进行模拟：其一，脉冲热电模拟：导入脉冲热电物理环境，将脉冲电流关键参数转化为ANSYS语言，将感应加热中的温度载荷作为初始条件导入，进行计算；待达到规定的计算时间结束，并将计算结果保存至相应的结果文件中；其二，脉冲电磁模拟：导入脉冲电磁物理环境，脉冲电流各参数通过APDL语言及*do循环...

【技术特征摘要】
1.一种对TP2内螺纹铜管中频加热及施加脉冲电流的模拟方法，该方法包括静态仿真模拟和动态仿真模拟；所述静态仿真模拟包括如下步骤：步骤一、提取铜管及感应线圈的几何参数和物理参数，并转换为ANSYS中的命令流语言；依据前述参数建立铜管、感应线圈和空气的实体模型；进行网格划分，获得有限元模型；步骤二、导入有限元模型，进入物理环境库中进行各物理作用的模拟：其具体内容如下：(1)通过*do循环语言命令来对中频感应加热进行模拟：导入中频感应加热的电磁物理环境，读入温度载荷并作为初始条件，开始进行电磁分析计算；电磁分析完毕后，导入中频感应加热的热物理环境，将电磁分析中的温度载荷以及电磁分析中的热生成率作为初始条件，进行热计算；计算完毕后，在*do循环命令下，返回开始的电磁分析中，再一次重新开始，根据设置的循环次数依次重复进行，直至达到要求的热处理温度范围为止；(2)通过*do循环语言命令对脉冲电流进行模拟：其一，脉冲热电模拟：导入脉冲热电物理环境，将脉冲电流关键参数转化为ANSYS语言，将感应加热中的温度载荷作为初始条件导入，进行计算；待达到规定的计算时间后，将计算结果保存至相应的结果文件中；其二，脉冲电磁模拟：导入脉冲电磁物理环境，脉冲电流各参数通过APDL语言及*do循环命令进行设置，将脉冲热电的温度载荷作为温度初始条件，并将感应加热的电磁力载荷作为电磁场初始条件导入，进行计算；待达到规定的计算时间后，将计算结果保存至相应的结果文件中；步骤三、首先清除上一次步骤一、步骤二模拟时导入的有限元模型；再次提取铜管及新建立的感应线圈的几何参数和物理参数，并转换为ANSYS中的命令流语言；依据这些参数建立铜管、感应线圈和空气的实体模型；重新进行网格划分，生成新的有限元模型；步骤四、导入新的有限元模型，进入物理环境库中进行各物理作用的模拟：其具体内容如下：(1)通过*do循环语言命令来对中频感应加热进行模拟：导入中频感应加热的电磁物理环境，读入上一次模拟中最终时刻的温度载荷并作为初始条件，开始进行电磁分析计算；电磁分析完毕后，导入中频感应加热的热物理环境，将电磁分析中的温度载荷以及电磁分析中的热生成率作为初始条件，进行热计算；计算完毕后，在*do循环命令下，返回开始的电磁分析中，再一次重新开始，根据设置的循环次数依次重复进行，直至达到要求的热处理温度范围为止；(2)通过*do循环语言命令对脉冲电流进行模拟：其一，脉冲热电模拟：导入脉冲热电物理环境，将脉冲电流关键参数转化为ANSYS语言，将感应加热中的温度载荷作为初始条件导入，进行计算；待达到规定的计算时间结束，并将计算结果保存至相应的结果文件中；其二，脉冲电磁模拟：导入脉冲电磁物理环境，脉冲电流各参数通过APDL语言及*do循环命令进行设置，将脉冲热电的温度载荷作为温度初始条件，并将感应加热的电磁力载荷作为电磁场初始条件导入，进行计算；待达到规定的计算时间结束，并将计算结果保存至相应的结果文件中；按照上述步骤，依次重复往复，根据静态仿真模拟中的时间设置，直至达到指定时间为止；所述动态仿真模拟，其基本步骤与所述静态仿真模拟相同，只是在ANSYS软件平台中，为实现铜管与感应线圈之间的相对运动效果，每将感应线圈移动一次，感应线圈与铜管之间的相对位置发生一次改变，其相应的有限元模型就需要重新建立一次；所...

【专利技术属性】
技术研发人员：韩毅，张鏖茵，雷鸣，
申请(专利权)人：燕山大学，
类型：发明
国别省市：河北,13