[JAC100] 鉄板の表面加熱解析

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最終更新日：2018-02-19

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概要

鉄板表面を熱処理する際の加熱方法の1つとして高周波誘導加熱があります。誘導加熱であれば、コイルの形状や電力の調整により局所的に加熱できるので、加熱深さを調整することが可能です。要求に沿った加熱を行うためには、コイルの形状や加熱条件などを適切に設計する必要がありますが、コイルの試作には費用や期間を要するという課題があります。
正確な予測を行うためには、発熱分布を知るためにコイルの詳細形状や電気伝導率や熱伝導率の温度依存性を考慮する必要があります。このような予測を行うためには有限要素法を利用した電磁界シミュレーションが必要となります。
ここでは、蚊取り線香状のコイルを配置した際、対向する鉄板の表面温度分布の均一性を確認し、温度分布が偏る原因となる渦電流損失密度分布も確認します。

渦電流損失密度分布

鉄板に生じる渦電流損失密度分布および鉄板断面の渦電流損失密度分布を図1、図2に示します。
コイルが作る磁界の変化によって発生した渦電流が、表皮効果により渦電流は鉄板の表面に分布します。

温度分布

時刻0.1(s)、1.0(s)、2.0(s)における鉄板の温度分布を図3、鉄板表面の温度時刻特性を図4、鉄板断面の温度分布を図5に示します。時間が経過するにつれて表面温度が上昇し、2.0(s)時にコイル直下の鉄板全体が約100(deg C)に達しています。また、熱源である渦電流が鉄板の表面に集中するため、表面が先に加熱され、徐々に熱が内部に伝わります。
本解析対象は、コイル形状により鉄板の温度分布にむらがみられます。鉄板を均一に加熱するためには、コイル形状の改善が必要です。