電磁懸浮熔煉技術中線圈設計對金屬球懸浮力的影響:數值模擬系統建立及其實驗驗證

  • 洪 郁婷

學生論文: Master's Thesis

摘要

電磁懸浮熔煉 (Electromagnetic Levitation EML) 為一種將金屬材料於懸浮狀態下加熱的熔煉技術,該製程結合電磁懸浮、電磁攪拌和感應加熱等技術,在加熱、熔化和凝固過程中其熔煉材料皆不需與容器接觸,可避免容器帶來的汙染,熔煉出高純度的材料。 影響EML製程的主要因素為加熱頻率和線圈設計,頻率影響加熱速率與均勻性,線圈設計影響懸浮加熱之位置,但加熱頻率受限於機台,線圈設計因此為影響EML製程的指標。若以傳統的試誤 (Trial and error) 方式進行參數改良,會耗費?多成本與人力,故本研究採用電腦數值模擬技術進行EML製程之模擬。目標在於建立其數值模擬系統,探討線圈設計對懸浮力的影響,內容包含電磁場、懸浮力、平衡高度和溫度場分布。 模擬結果利用熔煉過程的實驗結果進行驗證,可以分成三個部分:第一部分為鋼球和鈦球於線圈A和B下的懸浮高度,模擬與實驗有一致的高度位置。第二部份為大小顆鋼球於線圈A下的懸浮力,模擬與實驗具有相同的趨勢,當電流值增加,浮力值也有增加的趨勢,而且大顆鋼球的浮力值約為小顆鋼球的兩倍左右,驗證了電磁場的可信度。第三部分為鈦球於線圈B下的溫度,同樣是加熱190秒,模擬溫度為1402 oC,實驗為1421 oC,誤差百分比為1 3%,驗證了模擬溫度場系統的可信度。 另外,模擬建立線圈C和D隨高度變化的懸浮力,並預測其懸浮的高度,同時比較線圈A、B、C和D的設計,得到線圈的匝數與上下排間距是影響金屬球平衡高度的主要因素,而線圈纏繞直徑影響則較小。
獎項日期2017 八月 14
原文???core.languages.zh_ZH???
監督員Jui-Chao Kuo (Supervisor)

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