【技术实现步骤摘要】
本专利技术属于感应熔炼，具体涉及一种多参数同步优化的感应加热搅拌设备的设计方法。
技术介绍
1、电磁感应加热是现代工业中广泛使用的一种加热方法，它利用交流电流在导体中产生的变化磁场来产生感应电流，从而产生热量并加热物体。由于其高效、快速且可以精确控制的特点，电磁感应加热在许多工业领域都得到了广泛应用，如金属加工、化学生产、食品加工等。
2、然而，随着生产工艺的不断进步和对加热效果的更高要求，传统的电磁感应加热设备在一些方面已经不能满足现代工业的需求。例如，为了确保物料得到均匀加热，通常需要在加热过程中对物料进行搅拌，设计师们一直在探索如何将搅拌和加热功能有效地整合到一个设备中，以提高加热效果和设备的操作便利性。传统的电磁感应加热搅拌设备通常由两个独立的部分组成：一个加热部分和一个搅拌部分。这种设计不仅使得设备的结构变得复杂，还可能导致加热不均匀和搅拌效果受限。
3、为了解决这些问题，一些新的设计方法和技术开始出现。例如，一些设备采用了特殊的结构设计，使得搅拌器可以直接放置在加热区域内，从而实现加热和搅拌的同时进行。然而，这些方法往往需要使用特殊的材料和复杂的结构设计，增加了设备的成本和维护难度。
4、现有技术的缺点主要体现为：
5、1、加热不均匀：传统的电磁感应加热设备由于其结构和工作原理，常常在加热过程中产生不均匀的热分布。这可能导致部分区域过热，而其他区域加热不足，影响了加热效果和效率。
6、2、搅拌效果不理想：在传统设备中，由于搅拌和加热功能的独立性，其搅拌效果往
7、3、能源利用效率低：由于加热不均匀和搅拌效果受限，传统设备的能源利用效率往往不高，这增加了生产成本和能源消耗。
8、因此在设计电磁感应加热设备时，与搅拌和加热的参数设计就显得极为重要，现有技术中参数设计都是根据经验设计，很容易造成加热不均匀，搅拌效果不好的问题，因此研发一种感应加热搅拌设备的参数设计方法很有市场前景。
技术实现思路
1、本专利技术的目的在于克服上述现有技术的不足，提供了一种多参数同步优化的感应加热搅拌设备的设计方法。
2、为了解决技术问题，本专利技术的技术方案是：一种多参数同步优化的感应加热搅拌设备的设计方法，包括以下步骤：
3、步骤1：定义参数；定义影响搅拌和加热的关键参数；
4、步骤2：构建数学模型；建立关键参数之间的数学模型，通过数学关系描述加热和搅拌的物理过程；
5、步骤3：参数优化；使用粒子群算法对关键参数和数学模型进行验证和优化，确定关键参数的最优值；
6、步骤4：计算机模拟与验证，完成多参数同步优化的感应加热搅拌设备的设计。
7、优选的，所述步骤1中关键参数选自感应频率、电流大小、线圈直径、线圈匝数、搅拌加热时间、熔体的目标温度、熔体密度差异、熔体粘度差异和熔体间表面张力。
8、优选的，所述步骤1中关键参数为：
9、感应频率，必须为正值；
10、电流大小，必须为正值；
11、线圈直径，必须为正值且大于坩埚直径；
12、线圈匝数，必须为正整数；
13、搅拌加热时间t，必须为正值；
14、熔体的目标温度t，必须为正值，且需要高于熔点温度，低于沸点温度；
15、熔体密度差异ρ，必须为正值；
16、熔体粘度差异η，必须为正值；
17、熔体间表面张力σ，必须为正值。
18、优选的，所述步骤2中通过数学关系描述加热和搅拌的物理过程，利用关键参数对磁场强度、洛伦兹力、集肤深度、混合均匀性、所需加热热量和加热效率进行数学建模。
19、优选的，所述磁场强度的数学模型为：
20、
21、洛伦兹力的数学模型为：
22、
23、集肤深度的数学模型为：
24、
25、混合均匀性的数学模型为：
26、
27、所需加热热量的数学模型为：
28、
29、加热效率的数学模型为：
30、
31、式中：
32、是真空磁导率常数，无单位；
33、是线圈匝数，单位匝；
34、是电流大小，单位a；
35、是线圈直径，单位m；
36、是感应频率，单位hz；
37、是相对磁导率，单位h/m；
38、是材料的电导率，单位s/m；
39、f是函数符号，无特殊意义；
40、是洛伦兹力，单位：n；
41、t是搅拌加热时间，单位s；
42、是总能量，电源功率与搅拌加热时间的乘积；=·t；
43、是熔体密度差异，单位kg/m^3；
44、η是熔体粘度差异，单位pa·s；
45、σ是熔体间表面张力，单位n/m；
46、m是熔体的总质量，单位kg；
47、c是熔体的平均比热容，单位j/kg·k；
48、t0是熔体的初始温度，单位k；
49、t是熔体的目标温度，单位k。
50、优选的，所述步骤3具体为：
51、步骤3-1：定义粒子的数量，粒子为关键参数；
52、步骤3-2：随机初始化每个粒子的速度和位置；
53、步骤3-3：确定关键参数的约束范围；
54、步骤3-4：关键参数的离散化；
55、步骤3-5：构建适应度函数：将混合均匀性和加热效率的数学模型共同考虑构建一个适应度函数，用于平衡适应度函数的综合评估效率，所述适应度函数为：
56、
57、式中：
58、u是混合均匀性的数学模型；
59、是加热效率的数学模型；
60、和 分别是固定权重；
61、步骤3-6：设置适应度阈值：假设希望达到混合均匀性目标，加热效率目标，则适应度阈值根据适应度函数计算为：，完成适应度函数的构建；
62、步骤3-7：如果达到最大迭代次数或者全局最佳适应度值，则停止算法，输出所有关键参数；否则，返回步骤3-5；
63、步骤3-8：对步骤3-5所述的适应度函数的算法进行运行更新迭代，更新粒子的速度和位置，对于每个粒子，比较其适应度值与其个体最佳适应度值和全局最佳适应度值，找到最合适的适应度值，使用以下公式更新每一个粒子的速度与位置：
64、
65、
66、式中：
67、和分别是粒子i在时间t+1时的速度和位置；
68、是惯性权重；
69、是学习因子；
70、是[0,1]之间的一个随机数；
71、pbesti和gbesti分别是个体最佳适应度和全本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种多参数同步优化的感应加热搅拌设备的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种多参数同步优化的感应加热搅拌设备的设计方法，其特征在于，所述步骤1中关键参数选自感应频率、电流大小、线圈直径、线圈匝数、搅拌加热时间、熔体的目标温度、熔体密度差异、熔体粘度差异和熔体间表面张力。
3.根据权利要求2所述的一种多参数同步优化的感应加热搅拌设备的设计方法，其特征在于，所述步骤1中关键参数为：
4.根据权利要求3所述的一种多参数同步优化的感应加热搅拌设备的设计方法，其特征在于，所述步骤2中通过数学关系描述加热和搅拌的物理过程，利用关键参数对磁场强度、洛伦兹力、集肤深度、混合均匀性、所需加热热量和加热效率进行数学建模。
5.根据权利要求4所述的一种多参数同步优化的感应加热搅拌设备的设计方法，其特征在于，所述磁场强度的数学模型为：
6.根据权利要求5所述的一种多参数同步优化的感应加热搅拌设备的设计方法，其特征在于，所述步骤3具体为：
7.根据权利要求6所述的一种多参数同步优化的感应加热搅拌设备的设
...【技术特征摘要】
1.一种多参数同步优化的感应加热搅拌设备的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种多参数同步优化的感应加热搅拌设备的设计方法，其特征在于，所述步骤1中关键参数选自感应频率、电流大小、线圈直径、线圈匝数、搅拌加热时间、熔体的目标温度、熔体密度差异、熔体粘度差异和熔体间表面张力。
3.根据权利要求2所述的一种多参数同步优化的感应加热搅拌设备的设计方法，其特征在于，所述步骤1中关键参数为：
4.根据权利要求3所述的一种多参数同步优化的感应加热搅拌设备的设计方法，其特征在于，所述步骤2中通过数学关系描述加热和搅拌的物理过程，利用关键参数对磁场强度、...
【专利技术属性】
技术研发人员：杨师钰，曾虹渊，王卫刚，张强，尹清军，
申请(专利权)人：西安慧金科技有限公司，
类型：发明
国别省市：
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