Simulation der induktiven Erwärmung eines vierkantigen Blockes

Die Simulation berechnet die Temperaturverteilung im vierkantigen Block bei der kontinuierlichen Erwärmung. Weil der Induktor mehrmals länger ist als sein Durchmesser, wird er als unendlich lang betrachtet und die Aufgabe wird nur im Querschnitt gelöst. Weil die 2D – Software normalerweise nur die Querschnitte berechnen, wo der Strom senkrecht zu diesem Schnitt fließt (z.B. Längsschnitt des Induktors), muss 3D Software eingesetzt werden. Der Schnitt wird als eine dünne Schicht simuliert, auf deren Seiten die Bedingungen der Symmetrie definiert werden. Weil der vierkantige Block symmetrisch ist, braucht nur ein Achtel dieser Schicht berechnet werden. Dadurch wird die Laufzeit erheblich verkürzt.

Bild 2 zeigt die Verteilung der Joulesche Wärme in der unmagnetischen Phase der Erwärmung. In den Ecken entsteht weniger Wärme, weil der Strom den Weg über die Ecke verkürzt und hier die niedrigere Stromdichte ist. Die Verteilung der Jouleschen Verluste hängt eng von der Eindringtiefe ab. In der magnetischen Phase, wenn die Eindringtiefe niedrig ist, wird der Block in der Oberfläche fast gleichmäßig erwärmt. Diese Phase dauert jedoch nicht lang.

Bild 3 zeigt die Endverteilung der Temperatur. Die kältesten Stellen sind in den Ecken. Dazu tragen zwei Effekte bei: weniger durch Induktion entstandene Wärme und größere Oberfläche in den Ecken, die durch die Ausstrahlung die Wärme ableitet.

Bild 2 - Joulesche Wärme, Pfeilen zeigen den Strom

Bild 3 - Temperatur