продукт
Главная >> Применение >> Типовые примеры >>
Индукционная нагревательная система нефтепровода
разогрев трубопровода, зимний нефтепровод
Моделируется экстренный разогрев замершего нефтепровода. Электромагнитное поле, образованное переменным током индуктора, пронизывает лишь поверхностную часть стенки трубопровода. Это поле индуцирует в стенке вихревые токи, которые при протекании в стали по закону Джоуля-Ленца выделяют тепло.
Тип задачи
Осесимметричная мультифизичная задача магнитного поля переменных токов и нестационарной теплопередачи.
Геометрия
Дано
Ток индуктора I = 160 A (действующее значение), частота f = 3 кГц.
Электропроводность стали: 7 МСм/м, относительная магнитная проницаемость 100.
Электропроводность меди: 56 МСм/м.
Теплопроводность теплоизоляции: 0.042 Вт/°C-м.
Температура окружающего воздуха и начальная температура нефтепровода: -20°C.
Задача:
Определить изменение температуры продукта во времени.
Решение
Спиральный индуктор был смоделирован, как серия кольцевых индукторов с расстоянием между витками, равным шагу спирали. Все индукторы одинаковые и благодаря симметрии в модели оставлен только один индуктор. На границах области стоит условие симметрии.
Для анализа индукционного нагрева большую роль играет решение задачи нестационарной теплопередачи, которая позволяет получить графики зависимости температуры от времени протекания процесса. В электромагнитной задаче определяется мощность тепловыделения, как в стали трубы, так и в индукторе. Полученные данные о мощности потерь, через связь задач передаются в тепловую задачу.
Результат
Распределение плотности тока (действующее значение) и мощности тепловыделения в стенке трубы и индукторе. В индукторе плотность выше, чем в трубе. Но, за счет меньшего электрического сопротивления меди, мощность тепловыделения в индукторе (7.8 Вт) ниже, чем в трубе (59 Вт). Мощность посчитана для отрезка трубы длиной 150 мм.
Через час от начала прогрева, слои нефти близкие к стенкам трубопровода имеют температуру выше +30°C. При дальнейшем нагреве предполагается, что нефть уже начинает перекачиваться и будет постоянно происходить процесс теплопередачи от более нагретых слоев нефти к более холодным, тем самым, не допуская коксования нефти.
