熱與電磁的案例
資料大家共享：ANSYS工程應用教程——熱與電磁學篇
希望能對那些進行熱學和電磁學的朋友有些幫助已有電子書籍
ANSYS工程應用教程——熱與電磁學篇part01.rar
ANSYS工程應用教程——熱與電磁學篇part02.rar
ANSYS工程應用教程——熱與電磁學篇part03.rar
ANSYS工程應用教程——熱與電磁學篇part04.rar
【3月22-25日 長沙】Workbench+Maxwell電磁場、磁熱、振動噪聲 多場耦合仿真
背景
眼下電磁和機電設備設計工程師們正面臨持續增長的競爭壓力：產品要小型化、更安全可靠、更高效，成本要降低。長期的實踐證明：通過借用仿真軟件能大幅降低原型機測試和生產成本；ANSYS Maxwell是工業界領先的電磁仿真軟件，能滿足機電產品工程師的仿真設計需求，提升高品質產品設計能力。Maxwell已集成到ANSYS先進的仿真平臺Workbench中，Workbench獨特的項目圖形化界面把整個仿真過程緊密結合在一起，完成復雜的多物理場耦合分析，通過電磁場與電場、電磁場與熱場和電磁場與結構等物理場相互耦合分析產品，可以在產品設計階段就能減少產品問題。
ANSYS多物理場解決方案能幫助工程師單獨和綜合分析多種物理力的效果，從而根據需要得到最高保真度的解。ANSYS能夠提供博大精深、經過實踐驗證的求解器技術。將上述求解器技術應用于多物理場仿真，是許多工程師下一步工作的選擇。為此，特舉辦“ANSYS Workbench+Maxwell電磁場、磁熱、振動噪聲多場耦合仿真”培訓。 詳情請參見第四部分“內容大綱”。
時間地點
時間：2019年3月22日-3月25日（第一天報到，授課3天）
地點：湖南*長沙
主講專家
該課程講師，具有12年電磁工程仿真分析經驗，具備電磁熱等多物理場耦合仿真分析能力，一直對外提供技術咨詢服務，扎實的電磁和數值計算理論基礎；熟練掌握ANSYS EM、Workbench、Matlab等軟件，有變壓器電磁和磁熱仿真、電機電磁、磁熱和電磁振動噪聲仿真、耦合器電磁仿真、電磁銜鐵機構電磁仿真等項目經驗。培訓40多場次，學員上千人。
內容大綱
報名費用
標準費用：3980元/人，食宿可統一安排，費用自理。
展開 用于熱管理和電磁干擾屏蔽的柔性Cu/PLLA多孔纖維膜
良好的熱管理能力仍然是可穿戴材料面臨的挑戰。同時，電子元件產生的電磁（EM）波會干擾正常的電池行為和設備操作。因此，具有優異熱管理和EM屏蔽材料的超薄功能復合材料在可穿戴設備的優化方面具有廣闊的前景。熱管理和電磁屏蔽膜已被開發用于各種可穿戴應用。柔性織物的透氣性也是決定設備舒適性和可用性的關鍵因素，但金屬復合材料很難同時實現兩者兼而有之強度和透氣性。此外，可穿戴設備的輕薄特性往往會限制導電材料的熱管理能力。熱量積聚會導致薄膜失效，影響可穿戴織物的舒適性；增加電能也會影響材料的熱性能。熱傳導和分散通常伴隨著其他材料性能的波動，并且依賴于外部溫度，這使得可靠的散熱和熱利用受到很大限制。因此，柔性、透氣、增強的超薄金屬聚合物纖維膜用于有效的熱管理和高電磁干擾屏蔽仍然是一個挑戰，極大地限制了可穿戴設備的技術革命。
02
成果掠影
近期，英國曼徹斯特大學李加深教授在用于有效的熱管理和電磁屏蔽的材料方面取得相關進展。該團隊，通過在聚合物襯底上沉積銅顆粒，開發了超薄(15μm)、柔性和多孔的Cu/PLLA纖維膜。采用新穎的丙酮和熱處理工藝，在保持多孔纖維結構的同時，膜的強度顯著提高。其優異的透氣性和超高的導電性使復合材料具有快速的電加熱特性和良好的導熱性能，可有效地進行熱管理。同時，多孔聚合物襯底結構大大增強了導電物質的擴散，提高了膜的電磁干擾屏蔽效果(H波段為7797.98 dB cm
2/g, Ku波段為8072.73 dB cm
2/g)。該復合材料具有較高的柔韌性、透氣性和強度，并具有熱管理和電磁屏蔽功能，在未來的便攜式電子設備和可穿戴一體化服裝中具有很大的潛力。
展開 煤層氣微波注熱的電磁-熱-流-固全耦合模型
本模型的首先通過介質損耗將電磁場與傳熱場聯立起來以實現微波注熱，這是一個雙場雙耦合過程；然后，通過熱膨脹耦合模塊、熱流動耦合模塊、熱解吸效應、吸附膨脹效應建立起滲透率模型并將傳熱場、固體力學場及滲流場耦合起來，這是一個多場耦合過程；最終建立起一個電磁-熱-流-固全耦合模型。
煤儲層微波注熱的電磁-熱-流-固全耦合模型
利用 COMSOL 建立一個煤儲層模型，見圖 7-4，模型尺寸為 20 m×6 m，模型中間布置一個瓦斯抽采鉆孔（直徑為 0.075 m）；模型兩側布置兩個微波源，將微波源簡化為兩個矩形波導。
煤儲層微波注熱幾何模型
使用COMSOL5.6版本得到的幾個云圖如下：
煤儲層溫度云圖
煤儲層瓦斯含量云圖
煤儲層滲透率比值(k/k0)云圖
注：以上文字及部分圖片來自于論文《微波輻射下煤體熱力響應 及其流-固耦合機制研究》。
展開 
受“墨魚”仿生結構啟發制備具有優異熱管理性電磁屏蔽的復合材料
此外電子設備在運行過程中不可避免地會產生高頻電磁波的危害。這種產生的電磁波不僅對鄰近的電子系統產生負面影響，而且對人體健康也有不可忽視的影響。
要注意的是，熱管理和電磁干擾屏蔽總是相關的。例如，電子設備工作時，電子系統溫度升高會導致電磁干擾屏蔽效率下降。此外，EMI屏蔽功能材料吸收電磁波并將其轉化為熱量，這也會影響電子設備的工作溫度。因此，迫切需要實現具有優異熱管理和電磁干擾屏蔽效果的雙功能材料。
數十億年來，生物進化出了復雜的功能系統，給人類留下了許多值得學習的場景。然而，對墨魚自電磁屏蔽偽裝的仿生研究很少涉及。許多大型海洋捕食者，如鯊魚，在很大程度上依賴于它們的嘴和鼻子上的敏感傳感器來捕捉其他獵物發出的電磁波。值得注意的是，當捕食者靠近時，墨魚會通過凍結呼吸來屏蔽其生物電磁場，從而保護自己不被發現。
受墨魚在被捕食風險時凍結呼吸屏蔽生物電磁場機制的啟發，可以合理設計一種基于自變形液態金屬網絡的新型智能EMI屏蔽功能材料，同時提供電子器件的自適應熱管理。液態金屬網絡的收縮可以屏蔽電子操作過程中產生的電磁波，就像墨魚在有被捕食風險的情況下屏蔽生物電磁場一樣。同時，收縮的液態金屬網絡還可以增強電子器件的散熱性能。
02
成果掠影
近期，上海交通大學鄧濤教授和宋成軼教授受墨魚在被捕食風險時凍結呼吸屏蔽生物電磁場機制的啟發設計一種具有自適應電磁波干擾屏蔽和熱管理功能的功能材料。液晶彈性體基體賦予了LGN-LCE在熱激活下的動態自變形特性，從而使液態金屬網絡具有可調的導熱/導電性。
展開 一種具有優異熱管理和電磁屏蔽性的Cu/PLLA柔性薄膜
良好的熱管理能力仍然是可穿戴材料面臨的挑戰。同時，電子元件產生的電磁波會干擾正常的細胞行為和設備工作。因此，具有柔性熱管理和電磁屏蔽材料的超薄功能復合材料在優化可穿戴設備方面具有很大的前景。
熱管理和電磁屏蔽薄膜已被開發用于各種可穿戴應用。傳統的剛性材料，如銅箔和石墨，很難滿足動態和可變的應用條件。柔性織物因其良好的透氣性和低廉的施工成本而廣受歡迎。PLLA是一種具有優異物理性能的可生物降解、高度生物相容性的聚合物，通過靜電紡絲法可以實現高透氣性，并經過一系列處理和反應后保持良好的透氣性。通過將PLLA與金屬納米顆粒結合，可以保持導電材料的導電性。然而，柔性膜較低的強度限制了其耐久性和功能。
此外，柔性織物的透氣性也是決定設備舒適性和可用性的關鍵因素，但金屬復合材料很難同時實現高強度和高透氣性。傳統的纖維膜增強處理方法包括物理方法和化學方法。熱壓和熱輥壓等物理方法需要設備支持，價格昂貴，并且由于強大的外力會嚴重破壞纖維結構，缺乏靈活性。丙酮后處理等化學途徑只能增強纖維連接，效果有限，導致后續金屬涂層分層和不一致。
此外，可穿戴設備的輕薄特性往往會限制導電材料的熱管理能力。熱積累會造成薄膜失效，影響可穿戴織物的舒適性;加入電能也會影響材料的熱工性能。熱傳導和分散往往伴隨著其他材料性能的波動，并依賴于外部溫度，這使得可靠的散熱和熱利用非常有限。因此具有效熱管理和高電磁干擾屏蔽性能并且靈活、透氣的超薄金屬-聚合物纖維膜材料的開發仍然是一個挑戰，極大地限制了可穿戴設備的技術革命。
02
成果掠影
近期，英國曼徹斯特大學材料學院李加深團隊和牛津大學劉澤堃團隊合作設計開發了一種具有優異電磁屏蔽性能和熱管理能力的柔性透氣復合薄膜。
展開 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
01
案例背景
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。
02
案例功能特點
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
03
案例分析
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。
展開 3D打印全新血管超材料，可經重新配置改變熱和電磁特性
這種材料可被重新配置，從而改變熱和電磁特性。
該研究論文的通訊作者、北卡羅來納州立大學土木、建筑和環境工程系助理教授JasonPatrick表示：“我們從生物體中發現的微小血管網絡中汲取靈感，并將這種微血管系統整合到用玻璃纖維增強的結構環氧樹脂中，本質上是血管化的玻璃纖維?！?△圖片來源：北卡羅來納州立大學
Patrick還稱：“通過將不同的流體泵入脈管系統，我們還可以控制復合材料的多種特性。這種可重構性極具潛力，可應用于飛機、建筑物和微處理器等領域?！?這種超材料由3D打印技術制成，因此工程師能夠創建各種形狀和大小的微小管網絡，即微血管系統。這種微血管系統可以結合到一系列結構復合材料中，包括玻璃纖維、碳纖維，以及用于防彈衣的高強度材料。
在實驗中，研究人員將鎵和銦的室溫液態金屬合金注入脈管系統中，從而可以通過操控微血管結構來控制超材料的電磁特性。具體來說，通過控制血管系統中包含的方向、間距和導電液態金屬，進而控制材料過濾掉射頻頻譜中的特定電磁波。這種重新配置具有可調諧通信和傳感系統(例如雷達、Wi-Fi)的潛力，能夠按需在頻譜的不同部分運行。
合著者、圣塔克拉拉大學(Santa Clara University)電氣工程助理教授Kurt Schab表示：“動態重新配置電磁非常有價值，特別是在尺寸、重量和功率限制極大激勵設備使用的應用。這些應用可以在系統中承擔多種通信和傳感角色?！?研究人員還通過相同的脈管系統循環水，并證明他們可以操縱材料的熱特性。Patrick表示：“操縱熱特性可以幫助我們在電動汽車、高超音速飛機和微處理器等設備中開發更高效的主動冷卻系統。例如，電動汽車電池目前依靠的是帶有簡單微通道的鋁翅片進行冷卻。
展開 電磁、熱仿真的看過來，六月精選三場線下課程培訓
精選一“ANSYS-Maxwell電磁閥仿真”專題課
課程背景
電磁閥是用電磁控制的工業設備，是用來控制流體的自動化基礎元件，屬于執行器，并不限于液壓、氣動。用在工業控制系統中調整介質的方向、流量、速度和其他的參數。電磁閥可以配合不同的電路來實現預期的控制，而控制的精度和靈活性都能夠保證。
電磁閥相關設計計算，僅按原先的磁路法進行電磁計算，得到的結果好多是一個最終數值結果，而電磁場可能涉及好多方面，材料、結構、位置等，細稍變化可能都會引起整個電磁場的變化從而影響最終的結果，而磁路法往往省略好多因數，僅考慮主要的因數，這就造成我們計算的結果誤差。為減少計算誤差，更好的反映整個電磁場情況，提高工程師電磁相關分析設計能力，特舉辦“ANSYS-Maxwell電磁閥仿真專題”培訓。
授課專家
鄧老師
擁有豐富的科研及工程技術經驗；
長期從事CAE領域國家重大項目研究，具有資深的技術底蘊和專業背景；
熟練掌握CAD、Maxwell、ANSYS Workbench、MagNet、MATLAB等軟件。尤其對變壓器電磁和磁熱仿真、電機電磁、磁熱和電磁振動噪聲仿真、耦合器電磁仿真、電磁銜鐵機構電磁仿真等具有豐富的項目經驗。
課程大綱
時間地點
2018年6月22日-6月25日 北京（第一天報到，授課3天）
培訓費用
1、標準費用：3800元/人（含培訓費、資料費、培訓期間午餐費、結業證書費），住宿可統一安排，費用自理。
2、如果不方便去現場，會有現場同步錄播課程，也可以報名。
展開 “新能源驅動電機電磁、磁熱、振動、噪聲多場耦合” 高級設計仿真培訓
尤其對變壓器電磁和磁熱仿真、電機電磁、磁熱和電磁振動噪聲仿真、耦合器電磁仿真、電磁銜鐵機構電磁仿真等具有豐富的項目經驗。
寧老師 力學博士，18年的軟件工程應用經驗；長期從事有限元領域國家重大項目研究，獲得專利11項，開發軟件4項，具有資深的技術底蘊和專業背景；擅長靜力學，模態分析，隨機振動/譜分析，瞬態動力學時程分析，轉子動力學分分析、線性/非線性后屈曲分析，斷裂力學分析，壓電分析，熱分析，顯式動力學分析，流體力學分析，多場耦合分析，ANSYS二次開發等仿真分析。善于利用ANSYS進行二次開發解決特定領域科研/工程問題。
展開 新能源驅動電機電磁、磁熱、振動、噪聲多場耦合
尤其對變壓器電磁和磁熱仿真、電機電磁、磁熱和電磁振動噪聲仿真、耦合器電磁仿真、電磁銜鐵機構電磁仿真等具有豐富的項目經驗。
寧老師 力學博士，18年的軟件工程應用經驗；長期從事有限元領域國家重大項目研究，獲得專利11項，開發軟件4項，具有資深的技術底蘊和專業背景；擅長靜力學，模態分析，隨機振動/譜分析，瞬態動力學時程分析，轉子動力學分分析、線性/非線性后屈曲分析，斷裂力學分析，壓電分析，熱分析，顯式動力學分析，流體力學分析，多場耦合分析，ANSYS二次開發等仿真分析。善于利用ANSYS進行二次開發解決特定領域科研/工程問題。
展開 
用于熱管理和電磁干擾屏蔽的碳基復合氣凝膠
來源 | Chemical Engineering Journal
01
背景介紹
電子和通信設備的需求不斷增長，器件開始面臨電磁微波(EMWs)污染和熱失控的新挑戰。為了解決這些問題，研究人員開發了各種材料來滿足熱管理和電磁干擾屏蔽應用的要求，從金屬到聚合物基復合材料。雖然金屬由于其高導熱性和電磁干擾屏蔽性能而被廣泛應用于各種商業領域，但其重量大、防腐性能差等缺陷阻礙了其廣泛應用。
在這種情況下，具有高導熱性和導電性的聚合物基復合材料脫穎而出，這種復合材料通常是通過復合導熱/電填料制成。常見的導熱填料包括石墨烯、碳納米管(CNTs)、碳納米纖維(CNFs)等，由于其低密度、低成本、優異的導電性和導熱性以及卓越的機械性能，也被廣泛用于提高聚合物的性能，為聚合物基復合材料在電磁干擾屏蔽和熱管理領域的應用提供了可行性。
此外，導熱填料的分散的均勻性可以使聚合物基復合材料形成有效的網狀結構，從而提高了聚合物基復合材料的導電和導熱性。但是，由于超聲分散容易使碳填料團聚，會損害填料固有的電學和熱學性能。因此，由CNTs和石墨烯組成的三維自支撐骨架可以在一定程度上避免了填料的自聚集，為電子和熱傳遞提供了豐富的高效途徑，成為一種極具潛力的分散方法。
02
成果掠影
近期，西北工業大學宋強教授團隊在開發具有導熱和電磁屏蔽性能材料取得新進展。該團隊提出了一種新設計策略來構建用于環氧樹脂改性的全碳氣凝膠復合材料。
展開 新能源電機電磁、磁熱、震動、噪聲多場耦合
尤其對變壓器電磁和磁熱仿真、電機電磁、磁熱和電磁振動噪聲仿真、耦合器電磁仿真、電磁銜鐵機構電磁仿真等具有豐富的項目經驗。
寧老師 力學博士，18年的軟件工程應用經驗；長期從事有限元領域國家重大項目研究，獲得專利11項，開發軟件4項，具有資深的技術底蘊和專業背景；擅長靜力學，模態分析，隨機振動/譜分析，瞬態動力學時程分析，轉子動力學分分析、線性/非線性后屈曲分析，斷裂力學分析，壓電分析，熱分析，顯式動力學分析，流體力學分析，多場耦合分析，ANSYS二次開發等仿真分析。善于利用ANSYS進行二次開發解決特定領域科研/工程問題。
展開 《ANSYS工程應用教程—熱與電磁學篇 》
角系數
5.4 熱輻射公式
5.4.1 角系數的計算
5.4.2 輻射計算方程
5.5 求解方法
5.5.1 非隱藏法與隱藏法
5.5.2 點—點問題
5.5.3 點—面問題
5.5.4 面—面問題及AUX12矩陣生成器
5.6 空間節點的使用
5.7 一個熱輻射分析實例
5.7.1 問題的提出
5.7.2 問題的求解
5.7.3 命令流文件
第6章 ANSYS熱分析高級進階
6.1 相變
6.2 熱應力分析
第7章 ANSYS熱分析例題集
例題1：穩態熱分析（1）
例題2：穩態熱分析（2）
例題3：瞬態熱分析
例題4：相變
例題5：輻射
例題6：熱應力
例題7：綜合
第2篇 ANSYS電磁場分析
第8章 電磁場有限元分析簡介
8.1 電磁場基本理論
8.1.1 麥克斯韋方程
8.1.2 一般形式的電磁場微分方程
8.1.3 電磁場中常見邊界條件
8.2 電磁場求解的有限元法
8.2.1 一維有限元法
8.2.2 電磁場解后處理
8.3 ANSYS電磁場分析簡介
8.3.1 ANSYS電磁場分析分類
8.3.2 ANSYS怎樣進行電磁場分析
8.3.3 ANSYS電磁場分析的圖形用戶界面方式和命令流方式
8.3.4 ANSYS電磁場分析的應用領域
第9章 二維靜態磁場分析
9.1 二維靜態磁場分析中的單元
9.1.1 二維實體單元
9.1.2 二維遠場單元
9.2 一個二維靜態磁場分析實例
9.2.1 問題的描述
9.2.2 ANSYS求解
9.2.3 查看結果（后處理）
9.3 分析中的注意事項
9.3.1 建模
9.3.2 定義材料性能
9.3.3 網格顯示
9.4 ANSYS分析的命令流
第10章 二維諧性磁場分析
10.1 2D諧性磁場分析中的單元
展開 電機電磁熱設計軟件Motor-CAD的十大優勢，了解一下嗎？附Motor-CAD案例教程系列三相感應
電機設計需要考慮電磁性能和溫升性能，包括機械設計等多物理場性能；但同時需要考慮設計研發成本、周期，以及市場對產品效率、功率、重量等的要求。因此，匹配的、快速的基于多物理場耦合考慮的電機設計研發軟件，成為電機產品研發首要需求。今天，就給大家介紹一款用于電機電磁特性和熱特性優化設計的工具——Motor-CAD軟件 。
Motor-CAD概述
Motor-CAD是全球唯一的電機電磁、熱及磁熱互耦設計軟件，用于電機的電磁特性和熱特性進行優化設計。開發至今，已被全球主要的電機生產商、科研機構及高校廣泛使用。Motor-CAD開發者MDL公司是全球領先的電機設計軟件開發商，1998年成立至今，一直致力于先進電機設計軟件的開發。
Motor-CAD作為國際上應用及影響范圍最廣的電機電磁熱設計軟件，集成了磁路法、熱路法、熱網絡法、有限元分析法、智能優化算法，20年積累的豐富電磁熱計算經驗數據，有效提升了不同種類、不同冷卻型式電機電磁與熱計算精度。
Motor-CAD集成化軟件包，可在設計階段高效精確地對電機進行電磁和熱性能設計計算，軟件包括：電磁（EMag）、熱（Therm）和虛擬實驗室（Lab）、機械（Mechanical）、優化（Opt）五個模塊，可在幾分鐘內精確計算電磁和熱特性。輸出結果豐富，直觀，易于掌握。
2019年3月， Motor-CAD當前最新版本為R12版本。
Motor-CAD的10大核心競爭優勢
Motor-CAD 具有足夠的核心競爭力，相比于現有市面上能夠看見的商業化電機設計或分析軟件，具有下面10大核心競爭優勢，是電機行業和設計研發革命性劃時代的產品。
展開 