Solving magnetic induction heating problem with multidimensional Fredholm integral equation methods: Alternative approach for optimization and evaluation of the process performance

Zobrazit minimální záznam

dc.contributor.author Rak, Josef
dc.contributor.author Tuček, Jiří
dc.date.accessioned 2023-07-12T13:18:25Z
dc.date.available 2023-07-12T13:18:25Z
dc.date.issued 2022
dc.identifier.issn 2158-3226
dc.identifier.uri https://hdl.handle.net/10195/81276
dc.description.abstract Induction heating is a frequently used technology in both fundamental and applied research. It is heavily exploited in the industry for processing materials by heat treatments. In addition, it is viewed as a promising tool in medicine, particularly as a part of therapeutic strategies for treating cancer diseases. Thus, in order to optimize (i.e., enhance and tune) the performance of the induction heating process, several aspects must be considered, including the design of the magnetic coils, features of the magnetic fields applied, coupling of magnetic and thermal fields, and the material's characteristics. To tackle this complex problem, numerical mathematical models are often used. The results of which can help in understanding the role of the various parameters on the performance of the induction heating. Here, we present an alternative mathematical approach to solve the induction heating problem using Fredholm integral equations of the second kind with a singular kernel. To reduce the computation time, the Nystrom method has been adopted. As the kernel function shows a singularity, a singularity subtraction has been involved in the developed mathematical procedure. Furthermore, the error features of the Nystrom method with the singularity subtraction have been described, and convergence conditions of the proposed computational algorithm have been thoroughly identified. Although special conditions for the kernel function and the integration rule are needed, the method shows lower computing times, competing well with those of traditional finite-element based routines. The applicability of the developed methodology is demonstrated for the simulation of induction heating the body of a metal object. eng
dc.format nestránkováno cze
dc.language.iso eng
dc.publisher AIP Publishing eng
dc.relation.ispartof AIP Advances, volume 12, issue: 10 eng
dc.rights open access eng
dc.rights.uri https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/
dc.subject finite-element simulation eng
dc.subject iron-oxide nanoparticles eng
dc.subject steel eng
dc.subject magnetický indukční ohřev cze
dc.subject Fredholmovy integrální rovnice cze
dc.subject optimalizace cze
dc.title Solving magnetic induction heating problem with multidimensional Fredholm integral equation methods: Alternative approach for optimization and evaluation of the process performance eng
dc.title.alternative Řešení problému magnetického indukčního ohřevu metodami vícerozměrných Fredholmových integrálních rovnic: Alternativní přístup k optimalizaci a hodnocení výkonnosti procesu cze
dc.type article eng
dc.description.abstract-translated Indukční ohřev je často používanou technologií v základním i aplikovaném výzkumu. V průmyslu je hojně využíván pro zpracování materiálů tepelným zpracováním. Kromě toho je vnímán jako slibný nástroj v medicíně, zejména jako součást terapeutických strategií pro léčbu nádorových onemocnění. Aby bylo možné optimalizovat (tj. zlepšit a vyladit) výkon procesu indukčního ohřevu, je třeba vzít v úvahu několik aspektů, včetně konstrukce magnetických cívek, vlastností použitých magnetických polí, propojení magnetických a tepelných polí a vlastnosti materiálu. K řešení tohoto složitého problému se často používají numerické matematické modely. Jejich výsledky mohou pomoci pochopit roli různých parametrů na výkon indukčního ohřevu. Zde uvádíme alternativní matematický přístup k řešení problému indukčního ohřevu pomocí Fredholmových integrálních rovnic druhého druhu se singulárním jádrem. Pro zkrácení doby výpočtu byla přijata metoda Nystrom. Protože funkce jádra ukazuje singularitu, bylo do vyvinutého matematického postupu zahrnuto odečítání singularity. Dále byly popsány chybové vlastnosti Nystromovy metody s odečítáním singularity a byly důkladně identifikovány podmínky konvergence navrženého výpočetního algoritmu. Ačkoli jsou nutné speciální podmínky pro funkci jádra a integrační pravidlo, metoda vykazuje nižší výpočetní časy, které dobře konkurují těm tradičním rutinám založeným na konečných prvcích. Je demonstrována použitelnost vyvinuté metodiky pro simulaci indukčního ohřevu tělesa kovového předmětu. cze
dc.peerreviewed yes eng
dc.publicationstatus published eng
dc.identifier.doi 10.1063/5.0100480
dc.relation.publisherversion https://aip.scitation.org/doi/10.1063/5.0100480
dc.rights.licence CC BY 4.0
dc.identifier.wos 000870547200001
dc.identifier.obd 39888092


Tento záznam se objevuje v následujících kolekcích

Zobrazit minimální záznam

open access Kromě případů, kde je uvedeno jinak, licence tohoto záznamu je open access

Vyhledávání


Rozšířené hledání

Procházet

Můj účet