Pulse heating of a medium by assemblies of hollow cylindrical conductors inductively heated in the magnetic field of a solenoid | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2017. № 46. DOI: 10.17223/19988621/46/7

Pulse heating of a medium by assemblies of hollow cylindrical conductors inductively heated in the magnetic field of a solenoid

Results of mathematical modelling of induction heating of a heat-conducting medium by assemblies of hollow thin-walled cylindrical conductors heated by Foucault currents in an alternating magnetic field are presented. The magnetic field is generated during the discharge of a capacitor bank through a solenoid with coaxial conductors inside the wall thickness of which is much less than the internal radius. The sets of inductively coupled conductors form the assemblies. The process was modeled using the exact analytical solutions of the problems of conjugate heat transfer between conductors and medium and the generation of electrical currents in conductors during capacitor bank discharge through the solenoid. The solutions were obtained on the assumptions of uniform cross-sectional current and temperature distribution in the solenoid and conductors; constant heat capacities of solenoid, conductors, and medium; and linear temperature dependence of the resistivity of solenoid and conductors. The heat transfer between conductors and adjacent fuel layers occurs according to Newton's law. The mathematical model is reduced to several coupled conjugate heat transfer problems solved simultaneously with the Joule heating problem of conductors. The efficiency of electrothermal conversion of the energy in the device, the characteristic parameters of the solenoid and conductors, and the heating time of adjacent reactive medium layers to ignition temperature were estimated by parametric analysis.

Download file
Counter downloads: 223

Keywords

conjugate heat transfer, analytical solutions, parametric analysis, induction heating, heat-conducting medium, thin-walled cylindrical conductors, solenoid, параметрический анализ, alternating magnetic field, аналитические решения, индукционный нагрев, теплопроводная среда, сопряженный теплообмен, переменное магнитное поле, соленоид, тонкостенные цилиндрические проводники

Authors

NameOrganizationE-mail
Volodchenkov Sergey IgorevichRussian Federal Nuclear Centerserg_vol666@mail.ru
Sinyaev Sergey Vital'evichTomsk State Universityssv@niipmm.tsu.ru
Всего: 2

References

Калантаров П.Л., Цейтлин Л.А. Расчет индуктивностей: Справочная книга. Л.: Энер-гоатомиздат, 1986. 488 с.
Вишнякова И.С., Синяев С.В. Аналитическое решение сопряженной тепловой задачи для топлива и фольгового проводника с униполярным импульсом тока // Фундаментальные и прикладные проблемы современной механики: Сборник материалов научной конференции. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2011. С. 453, 454.
Карслоу Г.,Егер Д. Теплопроводность твердых тел. М.: Наука, 1964. 487 с.
Столович Н.Н., Миницкая Н.С. Температурные зависимости теплофизических свойств некоторых металлов. Минск: Наука и техника, 1975. 160 с.
Володченков С.И., Селюнина Н.В., Синяев С.В. Сравнительный анализ результатов расчета индукционного нагрева полых цилиндрических проводников в электротехнической и магнитодиффузионной постановках задачи. Труды Томского государственного университета. Т. 296. Серия физико-математическая. Актуальные проблемы современной механики сплошных сред и небесной механики. Томск: Изд-во Том. ун-та, 2015. С. 52-56.
Синяев С.В., Анисимов А,Г., Матросов А.Д., Володченков С.И. Индукционный нагрев и капельная деструкция тонкостенных цилиндрических проводников в переменном аксиальном магнитном поле // Лаврентьевские чтения по математике, механике и физике. Тезисы докладов Междунар. конф. Новосибирск: Изд-во ИГиЛ СО РАН, 2015. С. 157. Эффек-ть (КПД) электромех. преобразования энергии в устройстве харак-т отношение выделившейся на проводниках тепловой энергии к начальной энергии конденсаторной батареи:
Zharovzev V.V., Sinyaev S.V., Fomenko V.V. Account of Interior Ballistic Parameters of the Launch by Slurry/Liquid Propellant with ETC-Ignition // IEEE Transactions on Magnetics. 2001. V. 37. No. 1. P. 216-218.
Буркин В.В., Синяев С.В., Христенко Ю. Ф. Устройство для зажигания топлив // Патент РФ № 2166181. 27.04.2001. Бюлл. № 12.
Sinyaev S.V., Kramar M.A., Kulpin V.I., Surkov V.G. Plasma-replacement technology of ETC-ignition of powder charges in high-velocity launchers // IEEE Transactions on Magnetics. 2007. V. 43. No.1. P. 318-321.
Фоменко В.В., Трофимов Н.И. Нестационарное горение перхлората аммония в вязкой углеводородной среде при давлениях до 5 кбар // Материалы IX Всесоюзного симпозиума по горению и взрыву «Горение конденсированных систем». Суздаль, 19-24 ноября 1989 г. Черноголовка: Изд-во отделения Ин-та химической физики АН СССР, 1989. С. 56-59.
 Pulse heating of a medium by assemblies of hollow cylindrical conductors inductively heated in the magnetic field of a solenoid | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2017. № 46. DOI: 10.17223/19988621/46/7

Pulse heating of a medium by assemblies of hollow cylindrical conductors inductively heated in the magnetic field of a solenoid | Vestnik Tomskogo gosudarstvennogo universiteta. Matematika i mekhanika – Tomsk State University Journal of Mathematics and Mechanics. 2017. № 46. DOI: 10.17223/19988621/46/7

Download full-text version
Counter downloads: 683