渦流
關注創建者：劉玉 創建時間：2019-04-23
渦流的視頻教程
電磁檢測原理與有限元仿真應用—以霍爾與渦流為例
電磁檢測原理與有限元仿真應用—以霍爾與渦流為例 直播時間：4月23日 19:30 課時章節：第1節課（共1節） 適用人群：電磁檢測研發工程師、教學科研教師學生、仿真工程師 課程背景+大綱 以霍尼韋爾、Melexis、TI公司技術資料為參考，結合Maxwell與Comsol軟件學習如何結合有限元實現霍爾與電渦流的位置、位移以及其它物理量的檢測測量
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電磁檢測與仿真系列課-04-Ansys Maxwell電渦流傳感器原理與仿真
電渦流傳感器原理學習 2. 電渦流參數化建模 3. 不同被測金屬材料仿真設置 4. 趨膚深度網格的剖分 5. 參數化掃描設置 6. 電阻、電感、感抗的提取 7. 后處理磁場云圖結果的提取及分析
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電磁檢測與仿真系列課-03-Comsol脈沖電渦流傳感器檢測仿真
脈沖電渦流傳感器原理學習 2. 電渦流參數化建模 3. 2D\3D仿真設置 4. 網格的剖分與時間子部設置 5. 參數化掃描設置 6. 感應線圈信號提取 7. 后處理磁場云圖結果的提取及分析
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渦流的實例教程
無損檢測方法：渦流檢測技術
利用電磁感應原理，通過檢測被檢測工件內感生渦流的變化來無損地評定導電材料及其工件的某些性能，或發現缺陷的無損檢測方法稱為無損檢測。在工業生產中，渦流檢測是控制各種金屬材料及少數非金屬（如石墨、碳纖維復合材料等）及其產品品質的主要手段之一。與其他無損檢測方法比較，渦流檢測更容易實現自動化，特別是對管，棒和線材等型材有著很高的檢測效果。
渦流檢測
渦流是將導體放入變化的磁場中時，由于在變化的磁場周圍存在著渦旋的感生電場，感生電場作用在導體內的自由電荷上，使電荷運動，形成渦流。
渦流檢測Eddy current Testing（縮寫 ET）。已知法拉第電磁感應定律，在檢測線圈上接通交流電，產生垂直于工件的交變磁場。檢測線圈靠近被檢工件時，該工件表面感應出渦流同時產生與原磁場方向相反的磁場，部分抵消原磁場，導致檢測線圈電阻和電感變化。若金屬工件存在缺陷，將改變渦流場的強度及分布，使線圈阻抗發生變化，檢測該變化可判斷有無缺陷。
隨著微電子學和計算機技術的發展及各種信號處理技術的采用，渦流檢測換能器、渦流檢測信號處理技術及渦流檢測儀器等方面出現長足發展。
渦流檢測的特點
一、優點
1、檢測時，線圈不需要接觸工件，也無需耦合介質，所以檢測速度快。
2、對工件表面或近表面的缺陷，有很高的檢出靈敏度，且在一定的范圍內具有良好的線性指示，可用作質量管理與控制。
3、可在高溫狀態、工件的狹窄區域、深孔壁（包括管壁）進行檢測。
4、能測量金屬覆蓋層或非金屬涂層的厚度。
5、可檢驗能感生渦流的非金屬材料，如石墨等。
6、檢測信號為電信號，可進行數字化處理，便于存儲、再現及進行數據比較和處理。
展開 作者Cadence CFD 解決方案
關鍵要點
當空氣流過機翼或充當阻流體的機身等結構部件時，飛機會發生渦流脫落。
渦流脫落的頻率取決于流動特性、速度和結構設計，并顯著影響飛機的性能。
渦流脫落仿真有助于分析渦流的形成如何影響空氣動力和穩定性，使工程師能夠做出有利于飛機效率的必要優化決策。
渦流脫落對飛機性能有重大影響
水壺在水沸騰時發出嘶嘶聲是什么原因？為什么大風時橋梁會搖晃？這些常見現象是流體流過身體產生旋轉運動的結果。這種行為稱為渦流脫落。這種流動現象也可以應用于復雜的工程應用，例如航空航天、能源或建筑行業，其中流動可能會引起噪音、振動或阻力。
在航空航天設計中，由于飛機機體與流過它的風之間的相互作用，可能會發生渦旋脫落。渦流脫落的頻率直接受機翼的形狀及其在特定空速下的行為方式的影響。深入了解渦流脫落與飛機設計之間關系的更好方法是通過有效的CFD 模擬。
在本文中，我們將了解使用計算流體動力學 (CFD) 的渦流脫落模擬如何幫助我們了解通過飛機機身時遇到的流動模式，以及仔細的設計考慮對于減少任何負面影響是多么重要。
飛機渦流脫落
渦流脫落是流體通過阻流體時產生的流動現象，引起渦流的形成。漩渦是沿著物體的每一側交替出現的漩渦圖案。
在飛機中，機翼、機身和其他結構部件在氣流途中起到阻流體的作用。當飛機移動時，這些組件將氣流分開，形成渦流。在飛機機翼中，這發生在機翼的后緣，在下游留下一股湍流的空氣尾跡。尾流湍流導致飛機后方形成一系列渦流，即渦流脫落。
飛機渦流脫落的頻率取決于許多因素，如下所列。
展開 在數學上，頻率可以表示為：
Fs 是渦流脫落頻率或斯特勞哈爾頻率
S 是斯特勞哈爾數
Vo 是流體流動的速度
D是圓柱體的直徑
通過高效的流體系統分析減少渦流脫落
渦流脫落可能不利于流體流動系統在共振頻率或接近共振頻率下的運行。因此，探索減少渦流脫落的方法至關重要。徹底的渦流脫落分析有助于評估：
鈍體結構及其對渦流形成的影響
流體系統分析——結構材料的機械性能和流體特性（溫度、壓力、速度）
流固耦合過程中系統中產生的應力
共振頻率和 VIV 評估
借助 CFD 工具可以更好地執行分析。這些工具不僅可以幫助模擬渦流脫落行為，而且還可以通過求解與流體相關的 Navier-Stokes 方程來深入了解流動動力學。
如上所述，為減少管道流系統中的渦流脫落，建議提供更多的管道支撐以抵消振動。許多實驗還發現，在鈍體（例如熱電偶套管）上增加螺旋槽有利于最大限度地減少渦流脫落的影響。
CFD 工具可幫助您設計可靠的流動系統
Cadence 的 CFD 工具有助于解決流體通過阻流體時的復雜流動問題。這些工具可以對復雜的渦流脫落行為進行數值模擬，并解決壓力、速度和頻率校正問題——所有減少渦流脫落以優化流體系統所需的關鍵計算。
文章來源：cadence博客
展開 湍流中的動量和能量傳遞
在湍流中，渦流運動以各種尺寸存在。流體流動中的大部分機械能用于形成渦流，渦流以流體中的熱量形式耗散能量。由于這種散熱，湍流的拖曳力高于層流的拖曳力。
相對于其他渦流運動的不穩定渦流運動是湍流的特征。渦流會產生流體壓力和流體速度的波動。相互作用的渦流交換能量和動量。
存在于管道中心的高速渦流與壁邊界附近的低速渦流相互作用。渦流的混合平衡了動量差異。渦流作用類似于通過分子相互作用消除動量差異的粘度。為了表示渦流作用，使用術語湍流運動粘度或渦流粘度。
湍流運動粘度
湍流運動粘度是一種模型粘度，它解釋了渦流在平滑動量梯度方面的作用。湍流運動粘度是模擬湍流性質的流體流動中能量耗散和傳輸的量。
湍流運動粘度正比于：
流體的密度
渦流速度標尺
渦長尺度
湍流運動粘度沒有物理存在，被認為是湍流中的流動特性（不是流體特性）。
流體的有效粘度
流體的有效運動粘度可以表示為無湍流作用的運動粘度與湍流運動粘度之和。由于流體流動的特性在很大程度上取決于流體粘度，因此在模擬流體流動時了解這些特性非常重要。湍流效應對粘度的影響不容忽視，模型中也需要考慮湍流參數。
Cadence 的工具套件可以幫助您通過準確考慮湍流效應來模擬湍流應用。Cadence CFD 工具可用于了解流體系統設計中的運動動力學。
文章來源：cadence博客
展開 Cadence 的產品工程經理 Wout Poncelet 和 Numlberica 的 Hydro CFD 顧問 Remi Lestriez 討論了水輪機內部的流動特性，并展示了可靠的 CFD 模擬，以在非設計條件下對渦流繩進行建模和分析。標題為使用 Omnis CFD 平臺模擬水輪機的視頻演示 可在CadenceTECHTALK 上獲得。
介紹
在水電領域，水輪機主要用于將落水的能量轉化為旋轉機械能，然后再轉化為電能。混流式水輪機或反應式水輪機屬于出現在高達 800 MW 功率范圍內的水輪機類別。這些渦輪機的特點是徑向流入、入口葉片、轉輪和通過尾水管的軸向流出。它們可以在很寬的時間范圍內快速響應任何負載變化。
圖 1. 引導水流進入水輪機的入口葉片（左側）、GAMM 渦輪機的幾何結構（中間）以及渦輪機的部件，即導流管、葉片和轉輪（右側）。
在其最佳效率點的大約 50% 到 70% 的負載下，混流式水輪機會產生空化渦繩，這會導致壓力波動。這種部分負載浪涌也稱為Rheinganz 頻率。此處產生的頻率約為渦輪轉速的 1/3。運行中的這種不穩定行為不僅在部分負載下觀察到，而且在標稱滿載和過載時也觀察到。在本次 Cadence TECHTalk 中，演講者討論了渦流繩對水輪機設計帶來的不同挑戰，以及如何在非設計條件下準確分析渦流繩。
渦流繩帶來的挑戰
渦繩是混流式水輪機尾水管錐體中高雷諾數時發生的一種不穩定現象。在此類渦輪機的尾水管中觀察到兩種類型的渦流：
滿載脈動渦流繩
部分載荷下的螺旋渦流繩。
在非設計條件下運行的水輪機尾水管內的流動通常具有復雜的渦流特征，這會導致氣蝕現象。
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然而這并不意味著管道設計可以被忽視，雖然測量原理不受管道長度影響，但過短或布局不當的上下游直管段可能引起流動擾動（如渦流、速度分布不均等），從而間接影響傳感器的響應穩定性與重復性， 為確保最佳性能，Bronkhorst建議在流量計上游保留至少5倍管徑（5D）的直管段，下游保留3倍管徑（3D）的直管段，以形成充分發展的層流或穩定湍流狀態，若空間受限，可考慮加裝流動整流器以改善流場。
基于 Ansys Maxwell、Mechanical、Fluent、Icepak 等核心工具，講解電力設備全流程仿真解決方案，覆蓋關鍵場景：電磁仿真-開關產品 / 變壓器電磁場分析、繞組渦流損耗與磁路優化、絕緣電場分布與耐壓校核；結構仿真-設備殼體與鐵芯強度校核、振動模態與諧響應分析、長期運行疲勞壽命預測；流體與熱仿真-變壓器油流散熱優化、流場 - 溫度場耦合分析；2.
對于復雜的問題，AI網格能夠捕捉到人類工程師可能疏忽的微小渦流或局部過熱點。
一個好的工具，應該讓人從低效的勞動中解脫出來。當工程師不再被枯燥流程所束縛，他們才能更好摸魚，摸累了去探索更深層的工程問題，得到更優的設計方案。
中大功率工業電機日常出廠試驗，選電渦流測功系統，運行穩定、負載能力強，適合長時間連續作業。
大功率高速電機、研發動態測試、節能需求高的場景，選用四象限電力測功機，支持能量回饋，動態響應快，測試數據更全面精和準。
同時配套匹配高精度扭矩轉速傳感器、專用測試軟件，實現數據采集、記錄、一鍵報表導出。
四、關鍵避坑要點
1.
測功機：常見類型有磁滯式、磁粉式、電渦流式和電力測功機。前三種通過消耗電能（轉化為熱能）來加載，后者可雙向能量流動（電動機態發電，發電狀態耗電），能量可回饋電網，更節能。
對拖電機：使用一臺同規格或更大功率的電機作為陪試機，兩者機械軸對接，電氣上通過變頻器互饋。這是目前高性能、高和效率測試的主流方案。
02
顯微鏡法優勢
工業常用鍍層厚度檢測方法中，磁性法、渦流法受塑料非導電、非磁性特性限制，X射線法設備成本高，庫倫法適用性有限。顯微鏡法可直觀觀察鍍層截面形貌及界面結合情況，檢測精度高、成本合理，不受塑料基材限制，是塑料閥體鍍層檢測的首選方法，符合GB/T 6462-2005標準要求。
class="ql-align-center"><img referrerpolicy="no-referrer" crossorigin="anonymous" data-referrer-policy-set="true" src="https://q1.itc.cn/images01/20260228/cf5f3e519f74412e99e0133b5cc25e49.png"></p><p>渦流傳播
質量流量計（尤其是熱式質量流量計）的工作原理依賴于流體在傳感器內部的穩定流動狀態，若安裝位置不當，可能導致以下問題：
流場擾動：如渦流、湍流或速度分布不均，影響傳感器對流量的準確感知；
冷凝或積液：在氣體測量中，若安裝在低點或水平管段無坡度，可能積聚冷凝液，堵塞流道或干擾熱傳導；
振動或應力傳遞：靠近泵、壓縮機或管道支撐不良的位置，易引入機械振動，影響電子元件或傳感元件穩定性
o 高頻電磁損耗（如渦流）建議結合 Maxwell 與熱模塊聯合仿真。
5. 熱 - 結構耦合
o 單向耦合：熱→結構（溫度→應力），適合熱變形主導、結構變形對溫度影響小的場景（如管道熱膨脹）。
o 雙向耦合：熱?結構（變形改變接觸熱阻 / 對流面積），適合大變形、接觸界面熱阻敏感的問題（如剎車盤熱 - 應力耦合）。
三、模塊選擇建議
1.
系統構建塊-組件和檢測器
渦旋陣列激光束產生的模擬
光源中使用不同模態階數生成渦旋陣列
橢圓度參數對渦流陣列方向圖的影響
