管道流體感應加熱器原理及研究與應用現狀

1   概述

管道流體的感應加熱，根據加熱流體種類(lèi)的不同，可以分為兩類(lèi)。一類(lèi)是鐵磁性流體，另一類(lèi)是無(wú)磁或弱磁性流體，如水、油等。前者常見(jiàn)于金屬冶煉中的中間包加工過(guò)程，后者常見(jiàn)于原油管輸、供熱供暖等領(lǐng)域。

2   管道加熱器組成

管道式電磁加熱器由中高頻電源、勵磁線(xiàn)圈、整流電路、逆變電路、換熱器（鋼管）、溫度流量傳感器、單片機等部分組成。電源將市電（工頻50 Hz的交流電）轉化為頻率高于1 kHz的中高頻電源；勵磁線(xiàn)圈均勻地繞制于換熱器外層，換熱器為鋼管，其外側包裹保溫材料；鋼管內側可設置擋流板，加強流體擾動(dòng)，有利于管道與流體之間的熱量交換；為了檢測流體的流量與溫度，可在管道外加裝流量計、內部設置溫度傳感器；通過(guò)微控制器（單片機）實(shí)現對流體溫度及流量的控制，進(jìn)而達到控制并保護電路的目的；IGBT逆變電路通過(guò)單片機控制程序系統，使控制電路保持穩定，并在安全范圍內運行。

為了增強電磁加熱器的安全性及熱效率，可以通過(guò)增加隔熱防護層來(lái)強化底腳絕緣，同時(shí)為了減小熱輻射對隔磁板影響，可對隔磁板采取熱輻射防護措施，還可以對隔磁板采取分塊布置及加裝冷卻裝置。

3   管道式電磁加熱器原理

①電磁感應定律

電磁感應加熱原理見(jiàn)圖1。在導體（具有導磁性能的不銹鋼管，為發(fā)熱元件）周?chē)@制多匝線(xiàn)圈，并讓線(xiàn)圈通入由感應電源產(chǎn)生的特定頻率的交變電流，線(xiàn)圈中產(chǎn)生磁通量，該磁通量頻率與交變電流頻率相一致。導體沿徑向方向會(huì )產(chǎn)生感應電動(dòng)勢及感應電流，感應電流頻率與交變電流頻率相同。由焦耳定律可知，導體將電流產(chǎn)生的電磁能轉化為熱量，使導體溫度升高。

電磁感應加熱原理

②熱傳導及對流換熱

由于集膚效應，導體中感應渦流集中于外壁面，因此產(chǎn)生的熱量也集中于外壁面，熱量由外壁面沿外徑向內傳導；流體流經(jīng)導體，被加熱后溫度升高，屬于對流換熱過(guò)程。

由楞次定律，感應電流在鋼水中形成閉合回路，回路方向與線(xiàn)圈產(chǎn)生的勵磁電流方向相反，并在鋼水中產(chǎn)生熱量。由于電磁感應產(chǎn)生的熱量直接作用于鋼水，因此鋼水可以得到充分加熱，熱量損失少，能量利用率可達95%，這也是感應加熱流體中效率較高的一種形式。