Metody analizy nowych systemów nagrzewania indukcyjnego (Marcin Wesołowski)

Nagrzewanie indukcyjne jest ciągle rozwijaną i przyszłościową metodą elektrotermiczną. Fakt ten wynika z możliwości kształtowania złożonych pól temperatury określonych wymaganiami technicznymi oraz możliwością prowadzenia procesów grzejnych charakteryzujących się małą energochłonnością.

Wymienione potencjalne mocne strony nagrzewania indukcyjnego wymagają jednak poszukiwania nowych rozwiązań, jednocześnie w obszarze konstrukcji sprzętów grzewczych, jak i sterowania ich pracą. Niniejsza praca stanowi opis autorskich rozwiązań w zakresie projektowania wyspecjalizowanych maszyn cieplnych oraz układów sterowania (zwanych dalej układami cieplnymi) nagrzewania indukcyjnego, zwłaszcza przy wykorzystaniu metod symulacji numerycznych.

Z uwagi na duży zakres zastosowań tego typu grzejnictwa, skupiono się na dwóch podstawowych kategoriach układów cieplnych: – układy asygnowane do skrupulatnego kształtowania pól temperatury, jednocześnie na powierzchni, jak i w całej pojemności nagrzewanych wsadów; – układy asygnowane do degradacji tworzyw nienaturalnych, cechujące się nietypowymi rozwiązaniami w zakresie konstrukcji.

Układy cieplne należące do pierwszej z wymienionych kategorii używane są w przemyśle półprzewodnikowym, a także mają mnóstwo innych zastosowań, w których podstawowym kryterium jest możliwość wytworzenia pól temperatury o dużej złożoności.

Ich produktywne wykorzystanie ciągle napotyka na przeszkody wynikające przeważnie z trudności w adaptacji do nowych wymagań w zakresie kształtowania pól temperaturowych. Przezwyciężenie tych problemów powinna ułatwić proponowana poprzez autora koncepcja wielowzbudnikowych członów cieplnych, w których każdy z wzbudników może pracować przy odmiennej częstotliwości określonej warunkami technicznymi.

Upowszechnienie układów należących do drugiej z wymienionych kategorii wynika z konieczności utylizacji tworzyw obciążających środowisko naturalne. Degradacja tworzyw nienaturalnych jest jednak opłacalna jedynie w warunkach śladowej energochłonności używanych maszyn grzewczych.

Warunek ten umożliwia stwierdzenie, że rozwój urządzeń należących do tej kategorii jest określony maksymalizacją skuteczności nagrzewnic indukcyjnych, które powinny pod tym względem przewyższać inne metody cieplne.

Powszechnie użytkowane metody analizy i syntezy indukcyjnych urządzeń grzewczych opierają się najczęściej na modelowaniu numerycznym sprzężonych pól elektromagnetycznych i grzejnych. Użytkowane rozwiązania znamionują się ograniczoną dokładnością, zwłaszcza w rozwiązaniach nietypowych, do których należą układy objęte motywem niniejszej monografii.

W monografii i zaprezentowano więc bardziej poręczne zasady tworzenia modeli układów nagrzewania indukcyjnego. Gwarantują one lepszą precyzyjność obliczeń, umożliwiając dokładne projektowanie sprzętów, zwłaszcza należących do wymienionych kategorii.

Prezentowane obliczenia zostały potwierdzone wynikami eksperymentów fizycznych przeprowadzonych w oparciu o tworzone poprzez autora urządzenia. Zaprezentowano i omówiono konstrukcje wybranych autorskich urządzeń grzewczych umożliwiających realizację technice zaawansowanych, wymagających utrzymywania zadanych rozkładów temperatury, a także procesów degradacji materiałów sztucznych.