skip to Main Content
Ontwerp en validatie van een high-performance verwarmingssysteem

Doel: Een krachtig verwarmingssysteem is vereist voor een ‘proof of principle’ experiment. Met dit experiment willen we de verwarmingseffecten nabootsen die ontstaat bij het blootstellen aan een hoge intensiteit elektronenbundel.

Het verwarmingssysteem moet 26 kW dissiperen naar een metalen werkstuk van 4 mm bij 30 mm. Dit kan worden bereikt door toepassen van inductieverwarming waarvoor een kleine speciale verwarmingsspiraal is ontworpen. Tegelijkertijd moet de spoel zelf onder hoge druk vloeistof worden gekoeld om te voorkomen dat deze smelt.

Aanpak: Een symmetrisch deel van de spoelgeometrie wordt gemodelleerd met COMSOL Multiphysics. De frequentie die wordt gebruikt om de magnetische velden te genereren, moet zorgvuldig worden gekozen om een voldoende uniforme stroomverdeling in het werkstuk te bereiken, maar tegelijkertijd het vereiste totale ingangsvermogen te minimaliseren (40 kW, inclusief 14 kW dissipatie in de spoel).

Een nauwkeurig CEM-model (Computational Electromagnetics) is toegepast om de meest geschikte verwarmingsparameters te bepalen. Om voldoende koeling te bereiken, wordt water onder druk in beide zijden van de spiraal gepompt en verlaat het de spoel in het midden, om zo de drukval te minimaliseren. Hierdoor kan de massastroom voldoende groot zijn zonder de elektrische inductie te verminderen. De geometrie van de waterkoeling is gemodelleerd met behulp van CFD (Computational Fluid Dynamics). De minimaal vereiste massastroom om koken te voorkomen is hiermee bepaald.

Resultaat: Na productie van het verwarmingssysteem wordt de spoel op druk getest en wordt de inductieverwarmingsprestatie geanalyseerd.

Fysisch inzicht en gebruik van geavanceerde simulatiehulpmiddelen maakte het mogelijk om met het eerste ontwerp aan de vereiste specificaties van het apparaat te voldoen.

Back To Top