集肤效应电伴热系统的计算分析与设计软件开发伴热系统应用于防冻、保温及罐体加热等工业的各个领域。其中集肤效应电伴热由于其安装维护方便、安全可靠、节能环保及伴热寿命长等优点,应用越来越广泛。目前国内外对于集肤效应电伴热系统的相关讨论相对较少,在实际的工程应用中许多问题正不断出现,对集肤效应的阻抗及发热机理缺乏足够的理论分析,因此本论文对集肤效应电伴热的理论和应用的讨论具有重要的意义。本文首先阐述了课题讨论的相关背景及意义,在查阅国内外相关文献的基础上,简要介绍了目前集肤效应电伴热系统的应用和讨论现状,并提出了目前工程应用中所存在的问题,最后确定了本课题的讨论内容。文章的第二部分简要介绍了集肤效应电伴热的系统组成,分析了集肤效应电伴热的发热组成,确定了文章的主要结构。通过求解 Maxwell 方程组,得出了集肤深度的计算公式。并采纳 Ansoft 电磁场仿真软件对伴热系统进行建模,仿真分析了伴热系统中的集肤效应现象和邻近效应现象。第三部分对集肤效应伴热系统的阻抗进行了分析,基于扩散方程分别推导出了伴热电缆和伴热钢管的阻抗计算公式,并结合实际的项目计算了相应的燃油管线的阻抗值,描绘了其随频率变化的曲线,分析了温度对阻抗的影响。文章的第四部分采纳计算矢量磁势的方法,理论推导出了伴热钢管中的涡流电流密度的分布函数,并对计算结果进行 MATLAB 仿真分析,吻合了前述集肤效应和邻近效应现象对电流分布的影响,验证了其准确性。其次,对伴热钢管中的磁滞效应损耗的机理及计算进行了讨论,通过选用相应的计算模型,采纳有限元的方法计算伴热管中的磁滞效应生热,并采纳 Ansoft 进行仿真分析。第五章在计算管道的散热量和对流系数的基础上,以北方一条石油输送管线为例,采纳 Ansys 对管线进行了单根伴热管和双根伴热管的热学仿真。文章最后在基于上述理论分析的基础上,完成了对集肤效应电伴热系统一套设计软件的开发,并介绍了集肤伴热在实际工程当中的一些应用。
