Основные тепловые явления в процессе индукционного нагрева

В процессе индукционного нагрева осуществляется все три способа теплопередачи – теплопроводностью, конвекцией и излучением. Передача тепла внутри нагреваемой от более нагретых ее слоев к менее нагретым производится за счет процесса теплопроводности, описываемого фундаментальным законом Фурье.

Коэффициент теплопроводности определяет скорость распространения тепла в нагреваемом теле. Материал с большим значением проводит тепло быстрее, чем материал с меньшим . Коэффициент теплопроводности является нелинейной функцией температуры. Согласно закону Фурье, большая разность температур поверхности и центра заготовки и большая величина коэффициента теплопроводности приводит к возрастанию интенсивности теплопередачи по толщине нагреваемого тела. При одной и той же разности температур скорость передачи тепла теплопроводностью обратно пропорциональна расстоянию между точками их измерения.

Процесс конвективного теплообмена между нагреваемой заготовкой и окружающей средой осуществляется по хорошо известному закону Ньютона, согласно которому скорость передачи тепла прямо пропорциональна разности температур поверхности заготовки и окружающей среды .

где –плотность конвективного теплового потока; -коэффициент конвективной теплопередачи.

Коэффициент теплопередачи может принимать самые различные значения и в первую очередь зависит от физических характеристик нагреваемого тела и окружающей среды, в том числе от скорости перемещения заготовок в процессе их нагрева.

Тепловые потери в процессе конвективного теплообмена с окружающей средой оказывается равным или чаще превышают потери тепла излучением применительно к низкотемпературным ИНУ.

В некоторых ситуациях величина конвективных теплопотерь может оказаться очень большой в зависимости от температур поверхности заготовки и окружающей среды, геометрии нагреваемого тела, качества поверхности и характера конвекции. Теплоотдача с поверхности заготовки в окружающую среду излучением описывается законом Стефана-Больцмана, согласно которому скорость передачи тепла пропорциональна разности четвертых степеней абсолютных температур . Подобное простое описание радиационных тепловых потерь оказывается удовлетворительным при построении математических моделей в большинстве реальных задач исследования процессов ИН, однако в некоторых приложениях подобные модели требуют уточнения. Применительно к типичным процессам индукционного нагрева совместный учет конвективных и радиационных теплопотерь позволяет достаточно точно оценить их величину. Высокий уровень тепловых потерь снижает общий к.п.д. индукционного нагревателя.