ansys溫升仿真的案例
Ansys electric desktop中Maxwell和icepak的耦合溫升仿真分析 ￥88
銅排通電發(fā)熱溫升仿真分析
Maxwell和icepak的耦合溫升仿真分析
Ansys electric desktop中Maxwell和icepak的耦合溫升仿真分析
在電子設(shè)備中，熱一般是由電產(chǎn)生的，電流通過導(dǎo)體，由于電阻產(chǎn)生發(fā)熱，發(fā)出的熱量導(dǎo)致導(dǎo)體溫度升高，而一般導(dǎo)體的電阻率跟溫度成正相關(guān)，即導(dǎo)體越熱電阻越大，在電流不變的情況下，發(fā)熱功率也會變大，如此循環(huán)直到達(dá)到平衡。
本案例主要講解了通電銅排在空氣中的溫升仿真計算。通過ANSYS workbench中的Maxwell仿真軟件，使用Maxwell中的電磁和icepak模塊的耦合，計算得到通電銅排的溫升結(jié)果.
主要講解該案例的具體操作方法，包括建模、Maxwell模塊和ICepak模塊的詳細(xì)操作步驟；以及相關(guān)參數(shù)的設(shè)置；
問題描述：假設(shè)有三根銅排，每根銅排通過有效值為1000A的50Hz的交流電，相鄰兩相間的相位差為120°，考察這三根排在空氣中的溫升情況。
1.首先建立模型
分析的模型為三個銅排，那么著時候就可以采用簡化方法了，在Maxwell的2D中建立三根銅排，如圖所示 ，模型為2維截面
2. 建立相應(yīng)的電流和邊界條件
如圖所示，選擇三個矩形，添加parallel current，可以將三個斷面考慮成一個導(dǎo)體，自動考慮并聯(lián)效果，這樣就有了已知總電流的情況下，其集膚效應(yīng)的影響，導(dǎo)致的電流分布不均勻現(xiàn)象。
展開 線纜溫升仿真方法優(yōu)化
以此方法推測50mm^2線纜的溫升，如下：
50mm^2 cable線纜溫升仿真結(jié)果，200A~350A
仿真結(jié)果：環(huán)境溫度30 ° ，200A電流最高溫度為56.201 °（溫升26.2°），250A電流最高溫度70.94°（溫升40.94°），300A電流最高溫度88.95°（溫升58.95°），350A電流最高溫度為110.24°（溫升80.24°）。
最終的測試結(jié)果顯示，仿真方法一能模擬出真實(shí)的測試溫升。
電子連接器溫升仿真
此案例是早年間做的一個電子連接器的溫升仿真。
假定電子連接器是由不同材料組成的一個整體。具體傳熱流程見下流程圖。最后得出的金屬外殼的溫度上升度即電子連接器的溫升。
30PIN電子連接器溫升案例：
有三種載荷情況：
載荷1：4-pin上施加3A的電流，其它26-pin施加0.5A的電流
載荷2：4-pin上施加2.5A的電流，其它26-pin施加0.5A的電流
載荷3：4-pin上施加2A的電流，其它26-pin施加0.5A的電流
算出的結(jié)果如下：
與試驗(yàn)結(jié)果對比表如下：
誤差分析：
載荷1=(27.103-26.683)/27.103=1.55%
載荷2=(24.959-24.233)/24.233=3%
載荷3=(23.973-19.179)/23.973=20%
總結(jié)：低電流的電子連接器溫升仿真很容易實(shí)現(xiàn)，但是需要注意的是因?yàn)榈碗娏鞯碾娮舆B接器發(fā)熱較低，其在測試過程中的自然對流系數(shù)會比大電流連接器要小一些。
展開 電磁鐵運(yùn)動和溫升耦合仿真---Maxwell的靜態(tài)、瞬態(tài)和Icepak耦合仿真 ￥29
作者：大龍貓 微信：CAE-ANSYS
Maxwell軟件集成了電磁分析功能，可以完成運(yùn)動部件的運(yùn)動，查看其運(yùn)動過程、另外新版本中集成了Icepak功能，Icepak是fluent的另一個界面，而該功能是icepak的簡化版，基本上可以完成相應(yīng)溫升發(fā)熱的功能。
本實(shí)例是以一個動作器為例，完成了銜鐵在電磁力的作用下的運(yùn)動過程，獲取其運(yùn)動過程查看閉合時間，獲取電磁力隨時間變化的曲線。然后計算穩(wěn)態(tài)閉合狀態(tài)下的電磁鐵功耗，后面使用Maxwell中的Icepak功能完成動作器的溫升，獲取相應(yīng)的溫度分布和流場分布。
電纜通電時電動力、結(jié)構(gòu)、溫升的耦合仿真
4.1計算結(jié)果
讀取電動力，可以計算在不同時刻下的結(jié)構(gòu)變形情況，Maxwell在ANSYS的結(jié)構(gòu)分析中為插值計算，網(wǎng)格不需要匹配，但是網(wǎng)格越密，其插值計算結(jié)果越精確。
（1）三根銅排在電動力下的變形情況如圖所示
（2）三根銅排在電動力的應(yīng)力情況如圖所示
在該電流下其銅排的變形量和應(yīng)力值較小，因此銅排強(qiáng)度影響較小，而根據(jù)實(shí)際情況，短路電流的瞬時值會遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于銅排的額定電流值，因此在電氣設(shè)備中需要對銅排的合適位置進(jìn)行固定，例如本次分析的中間位置需要考慮固定，以降低應(yīng)力值。
5.溫升計算
電氣設(shè)備中需要考慮通電導(dǎo)體在短路電流下的的溫升情況，所以采用相同方式將電磁的結(jié)果和瞬態(tài)溫度的分析進(jìn)行耦合，查看結(jié)果是否符合要求
溫升的設(shè)置方法和結(jié)構(gòu)分析類似，同樣需要考慮時間步的對應(yīng)一致，瞬態(tài)熱分析在短時間內(nèi)可以忽略散熱的影響，僅僅需要考慮發(fā)熱量和比熱容的關(guān)系即可，采用公式：發(fā)熱功率*time=cmT，即發(fā)熱量全部轉(zhuǎn)化為質(zhì)量的溫升
計算結(jié)果如圖所示，通過溫度結(jié)果可以看到溫度在短時間內(nèi)和電流功率分布一致，兩側(cè)溫升較大，同時可查看溫升和時間的關(guān)系如圖所示。
6.穩(wěn)態(tài)溫升
導(dǎo)體在正常通電情況下根據(jù)標(biāo)準(zhǔn)需要考慮其穩(wěn)態(tài)溫升，該分析可以采用Maxwell的渦流分析獲取功耗，如圖所示
采用fluent中進(jìn)行耦合場仿真，考慮周圍空氣的散熱情況，自動計算空氣的對流散熱，最終計算的溫升如圖所示。通過流體動力學(xué)的方式其溫度結(jié)果并且可以查看空氣流動的方向和流通的速度。
ANSYS作為一款結(jié)構(gòu)、電磁、溫升、流體、耦合場分析軟件在各行各業(yè)有著廣泛的應(yīng)用，而只要掌握其方法就可以在實(shí)際工作中對產(chǎn)品仿真產(chǎn)生事半功倍的效果。
歡迎 關(guān)注作者，專注于ANSYS學(xué)習(xí)！
展開 高壓大電流連接器的載流能力評估 -溫升仿真 ￥50
如何在設(shè)計之初就能準(zhǔn)確評估產(chǎn)品的載流能力（即評估其溫升能力），是連接器行業(yè)亟需解決的技術(shù)難題。本文針對載流能力設(shè)置為200A的載高壓連接器進(jìn)行詳細(xì)的電流溫升仿真，計算此連接器在各種電流載荷下的溫升數(shù)據(jù)，與實(shí)驗(yàn)溫升結(jié)果一一對應(yīng)，可知此評估方式可靠、準(zhǔn)確。
采用CAE仿真工具，可以得出較精確的溫升分析結(jié)果。
下面的例子是電動乘用車中應(yīng)用的載流能力最高等級-200A高壓大電流連接器，對其進(jìn)行載流能力仿真，并與測試結(jié)果進(jìn)行了詳細(xì)對比。
溫升仿真的CAE模型
核心端子處的電流密度分布圖
核心端子處的溫度分布云圖
展開 保溫箱內(nèi)輻射熱引發(fā)物體溫升和變形的數(shù)值仿真 ￥800
采用COMSOL軟件仿真了以上這一物理過程，仿真結(jié)果如圖所示：</p><p><img src="https://img.jishulink.com/202204/imgs/40bb42db33a044779e4d79e69c40fe87.gif" alt="Untitled輻射-溫度.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>輻射熱導(dǎo)致物體溫度升高</strong></p><p><img src="https://img.jishulink.com/202204/imgs/4aee65b6bcb04ded8636b536c676f2ac.gif" alt="Untitled輻射-變形.gif"></p><p class="ql-align-center"><strong>輻射熱引發(fā)物體變形</strong></p><p>感興趣的朋友可下載模型，歡迎交流合作</p>
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