风—磁—涡电流制热效果影响因素研究

来源 :兰州交通大学 | 被引量 : 7次 | 上传用户:linan9348
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在现今国情下,许多农村建筑、野外科考站点、收费站、车站等分散式建筑都或多或少存在采暖或者热源获取困难的问题。为此,提出利用风能直接制热作为供暖热源,进一步研究验证新型风—磁—电涡流供暖系统的可行性,对推进乡村绿色发展、提升农业发展质量、实施乡村振兴战略具有重要意义。通过研究风能直接制热的现状,简要分析了我国风能分布的特点,总结了可再生能源—风能直接制热供暖具有时空匹配特性的优势。在风—磁—涡电流制热器的原理上进行了深入分析,风—磁—涡电流制热器的原理是风轮带动金属转子盘切割附着在定子盘上的磁体阵列,因为金属的电磁感应涡流热效应而产热。结合电机中已有的影响涡电流热损耗的定义式,重新分析了发热材料、磁场的变化频率、磁感应强度等影响制热器发热功率的因素,为在涡电流制热器中设计影响参数提供一定理论基础。此外介绍了有限元计算理论的原理和计算方法,借助有限元方法在计算机中可以实现后期对实验模型的精确模拟计算,减少了实验的时间和繁琐的搭建试验平台步骤。自行设计并制造出模拟风—磁—电涡流制热的实验装置,该装置灵活性高,可根据实验需要更改试验参数,设计了影响实验发热功率的指标,通过分析被加热转子盘在20min内的温升效果,得出其温升曲线图随转速的增加、气隙间距的减小、材料厚度的适当加厚和磁体阵列的加强、转子盘材料的改进,温升幅值逐步增大,大致呈对数分布且在实验条件有限的情况下温度幅值能快速达到65℃,其中温升效果最明显的方式是改变磁体阵列和对转子盘复合高磁导率金属来加强气隙磁感应强度。若继续优化各实验影响参数,发热功率可达到千瓦级,这种温升效果远远能满足提供稳定且大功率热源的预想。利用ANSYS MAXWELL电磁分析软件按照实验模型进行3D瞬态计算场中的1:1仿真模拟,得出磁感应强度、电涡流密度、热功率和阻力矩等求解结果的数据,直观的验证了涡流热产生的现象和原因,通过计算转子盘的发热平均功率,校核实验和仿真模拟的拟合度,结果表明与实验中的结果拟合度都要小于10%,即仿真的研究方法较可信。根据实验和模拟的结果分析,设计了一种风—磁—电涡流制热供暖系统,这种系统结构简单,能量利用率高,能把风磁感应涡流制热器和现代城市中供暖用的低温地面辐射供暖相结合。通过对系统中的各个模块分析选择后,对此系统与其它供暖方式的经济性分析计算,为之后的实际工程应用提供有力的依据。
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