電磁爐加熱過程電磁-熱耦合仿真
電磁爐加熱過程電磁-熱耦合仿真
電磁爐是日常生活中常見的家用電器，它是利用電磁感應原理對食物進行加熱，電磁爐的托盤是陶瓷材料，交變電流在線圈中的產生磁場，電磁爐鍋底放到托盤上，鍋體底部切割磁力線產生渦流，從而使鍋體本身發熱，用來加熱食物。
本案例采用INTESIM-Multiphysics分析軟件，對電磁爐物體加熱模型進行電磁-熱耦合分析，首先建立渦流場分析，利用軟件的耦合模塊，模擬電磁生熱到熱場的物理量傳遞過程，查看整體的溫度分布，最終得到電磁爐渦流場生熱過程的溫度分布，及被加熱物體的溫升。
案例所屬物理場：多物理場INTESIM-Multiphysics
案例功能：渦流分析、電磁-熱耦合、非匹配網格映射插值
分析類型：諧態分析、穩態分析
網格模型
電磁爐有限元模型如圖1所示，電磁場網格與溫度場網格是兩套不同的網格，電磁場網格采用高階四面體單元，溫度場網格采用低階四面體單元，有限元模型如圖2所示。
對電磁爐鍋體底部區域進行網格加密處理：
電磁場網格總數量：122138，節點總數量：164650；
熱場網格總數量：26949，節點數量：6528。
圖1 電磁爐有限元模型
圖2 電磁爐溫度場網格模型
材料參數
電磁爐的材料包括銅，錳鋅鐵氧體，陶瓷等各部件材料屬性如表1所示：
表1 各部件材料屬性
電磁場分析邊界條件
電磁場分析需要建立空氣域，空氣域外表面施加磁通量平行邊界，如圖3藍色高亮所示。
圖3 磁通量平行加載圖
線圈電流激勵設置
電磁爐底部線圈類型為圓柱型，匝數為28圈，對線圈施加交變電流如圖4所示，電磁爐工作頻率設置為30kHz。
圖4 線圈電流施加圖
熱分析邊界條件
圖5 熱分析對流設置
耦合設置
本案例為電磁-熱耦合分析，熱分析基于電磁分析計算結果，通過點到面（bucket）的插值映射方法傳遞耦合數據，電磁場的熱損耗結果通過體耦合傳遞至熱場，耦合載荷傳遞量類型如圖6所示。
圖6 電磁熱耦合載荷傳遞量類型圖
仿真結果
電磁場計算結果
INTESIM計算得到線圈的電流密度如圖7所示。
圖7 線圈的電流密度
INTESIM計算得到鍋體底部的渦流密度如圖8所示。
圖8 鍋底的渦流密度
電磁爐的鍋體底部熱損耗如圖9所示。
圖9 鍋體底部熱損耗
熱場計算結果
查看整體的溫度分布如圖10所示。
圖10 整體的溫度分布
查看鍋體底部的溫度分布如圖11所示。
圖11 鍋體底部的溫度分布
查看陶瓷的溫度分布如圖12所示。
圖12 托盤的溫度分布
總結
本案例使用INTESIM軟件，基于渦流場分析、熱場分析和非匹配網格映射插值等功能，實現了電磁-熱耦合分析求解。仿真計算得到的熱損耗和溫度結果與對標軟件結果基本吻合。本案例驗證了INTESIM多物理場仿真模塊中的電磁-熱耦合仿真功能，對渦流場分析和熱場分析及耦合仿真進行應用驗證，能夠為廣大用戶在電器領域中的電磁場、熱場耦合仿真應用提供可行方案。
文章來源: 英特仿真INTESIM
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