感應(yīng)熔煉的基本原理是電磁感應(yīng)原理和電流熱效應(yīng)原理，將其內(nèi)部假設(shè)為圓柱體，簡化后的物理模型如圖l所示。感應(yīng)線圈接入交變電流，在周圍空間產(chǎn)生交變磁場，該磁場的磁力線將部分穿透爐內(nèi)金屬爐料。交變磁場的磁通量變化產(chǎn)生感應(yīng)電動勢，爐料內(nèi)部將會產(chǎn)生感生電流，該電流在有一定阻抗的金屬爐料內(nèi)部流動，產(chǎn)生的熱能加熱金屬爐料并熔化成熔體。

    熔煉作為鑄件生產(chǎn)的首要環(huán)節(jié)，控制金屬液的質(zhì)量和感應(yīng)熔煉成本對鑄件質(zhì)量和生產(chǎn)成本具有重要意義。感應(yīng)電爐作為主要的熔煉設(shè)備，能使金屬液溫度均勻化，金屬液氧化易控制和熔煉過程元素?zé)龘p少，被用在越來越多的場合。近年來，利用計(jì)算機(jī)技術(shù)對電爐感應(yīng)熔煉過程優(yōu)化的研究顯示出強(qiáng)大的優(yōu)勢。國外一些學(xué)者對磁性和非磁性材料進(jìn)行橫向磁通感應(yīng)加熱研究，建立描述電磁場強(qiáng)度的模型；采用有限元法和邊界元法，研究考慮相變的耦合熱電磁流體動力學(xué)模型，其結(jié)果為工業(yè)爐設(shè)計(jì)提供了一定依據(jù)。哈爾濱工業(yè)大學(xué)的郭景杰建立水冷銅坩堝感應(yīng)熔煉過程的溫度場模擬計(jì)算模型，并推導(dǎo)了爐料半徑方向上單個網(wǎng)格功率計(jì)算模型。肖新棉等推導(dǎo)了感應(yīng)加熱線圈電磁場分布規(guī)律，但未能對實(shí)際傳熱過程進(jìn)行合理計(jì)算。航空工業(yè)第五設(shè)計(jì)院的干肇智采用有限差分法對感應(yīng)加熱工件溫度部分進(jìn)行模擬，并編制加熱程序。重慶大學(xué)的朱壽禮研究了中頻無芯感應(yīng)熔煉過程的溫度分布和相界面移動特性，并討論了電流的集膚效應(yīng)。

    綜上所示，大多學(xué)者的研究工作多針對單物理場，鮮有耦合多物理場研究，并且結(jié)果的可視化較差，不便于分析：或者研究感應(yīng)加熱在單一工件上的應(yīng)用。本研究將在華中科技大學(xué)凝固模擬課題組現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)數(shù)值模擬仿真技術(shù)之上，針對感應(yīng)電爐熔煉的特點(diǎn)，對其熔體傳熱行為進(jìn)行數(shù)值模擬，定量預(yù)測其溫度場和揭示該行為的規(guī)律，對實(shí)際生產(chǎn)中調(diào)整電爐熔煉工藝參數(shù)有一定的指導(dǎo)作用。