ansys溫度
關注創建者：阿來兒 創建時間：2023-03-28
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基于ANSYS-Maxwell-Fluent-CFX的變壓器溫度分析
隨著電力設備的日益復雜和高效，變壓器的電磁場已經分享過，參考前文。但是電氣設備的溫度管理變得尤為重要。過高或過低的溫度都可能影響變壓器的性能和壽命。我們詳細介紹如何利用ANSYS軟件家族中的Maxwell、Fluent和CFX等工具，對變壓器進行精確的溫度分析。
一、變壓器溫度升高的原因
變壓器在工作過程中，由于鐵芯損耗、繞組損耗等原因，會產生大量的熱量。如果這些熱量不能及時散發，就會導致變壓器溫度升高，進而影響其性能和壽命。
二、變壓器溫度分析的方法
1. Maxwell計算功率損耗
首先，我們利用ANSYS Maxwell進行電磁場分析，計算變壓器的功率損耗。Maxwell軟件可以模擬變壓器的電磁場分布，從而精確計算出鐵芯損耗、繞組損耗等，參考前面的文章。計算出功率損耗分布，可以看到不同位置的功率損耗是不同的,功率損耗密度不同.
變壓器模型
變壓器模型產生的功率損耗分布
2. Fluent計算溫升
我們使用ANSYS Fluent進行流體溫升分析，該方法的好處是可以自動計算空氣或者冷卻水的對流換熱系數，以計算變壓器的溫升。可以模擬變壓器內部的流體流動和熱量傳遞過程。Fluent支持多種物理模型，包括傳熱、流動、化學反應等，可以全面分析變壓器內部的熱傳遞過程。通過Fluent，我們可以得到變壓器內部各點的溫度分布和流場分布。
展開 ANSYS中可采用熱力耦合算法來綜合考慮溫度及荷載對材料的損失演化規律。對于顯式動力分析中，可通過CONTROL_THERMAL_NONLINEAR、CONTROL_THERMAL_SOLVER、CONTROL_THERMAL_TIMESTEP來調用熱分析步，同時在材料中需要額外定義考慮溫度劣化的材料本構。
基于此，建立了小球摩擦生熱案例，在該模型中考慮了溫度劣化及材料摩擦痕跡，隨著循環摩擦次數的增加，溫度總體呈現出上升趨勢。
最近在做主軸的熱分析
但是一直搞不清楚邊界條件的設置，我準備用穩態分析，發熱主要兩部分，一個電機傳熱，一個是軸承和油膜之間摩擦發熱
查了些相關文獻，但是還是一頭霧水，
現已知主軸導熱系數，電機功率及轉數，油的導熱系數，不知道還需哪些參數，然后怎么加載呢？:-|
步驟2:EME-計算光柵的溫度相關透射/反射響應
我們分析了光柵在多個周期內的透射/反射值，模擬區域中只包括光柵的單個周期，但通過使用“周期性”和“波長掃描”特征可以獲得長光柵的寬帶響應。然后，我們掃描溫度，并將傳輸/反射響應導出為S參數，S參數可用于隨后的電路模擬。
布拉格波長與溫度的關系如圖顯示，相對于室溫下的值，其在1.000攝氏度時偏移15.6納米。
還可以得到光柵在給定溫度范圍內的靈敏度。靈敏度定義如下：
考慮到參考文獻中缺乏有關材料的信息，模擬的靈敏度（9.4 pm/℃）與公布的結果(7.2 pm/℃)存在差異。這種差異可能主要來自材料參數的差異，而參考文獻中并未完全提供這些參數。
該腳本還提取與溫度相關的S參數，并將其保存為S參數文件格式（fbg_S_param_T.dat），以便在下一步進行 interconnect 電路模擬。
步驟3：INTERCONNECT-光子電路模擬
使用光學時間調制 S 參數元件將與溫度相關的S參數導入 INTERCONNECT，用于模擬 FBG 溫度傳感器。我們掃描溫度并測量傳感器在不同溫度下的反射光譜。當需要附加 PIC 元件對 FBG 的整體性能的影響時，該電路模型仿真是有用的。
FBG 溫度的電路模擬需要三個要素：
1、光網絡分析儀（ONA），既可作為光源又可作為檢測器。
2、代表 FBG 溫度傳感器的光學時變 S 參數元件。
3、用作溫度控制器并連接到 FBG 溫度傳感器元件的直流電源。
下圖為電路仿真的原理圖設計。按下運行按鈕，模擬將計算溫度傳感器在25°C室溫下的反射光譜。
展開 細說Ansys熱應變的參考溫度 ￥9.9
一 分析背景
CTE (Coefficient of Thermal Expansion, α) 表征在溫度梯度下，物體能夠膨脹或者收縮的程度。是一個高度非線性的材料屬性，但是在一定的范圍內，也可以簡化為線性。
其中：
??????????????? – 熱應變
T – 施加溫度
Tref – 參考溫度（Reference Temperature）
二 提出問題
很簡單是不是，但是問題來了？Ansys中要設置Secant CTE時，如下圖1定義的材料參考溫度，還有圖2定義分析模塊中環境溫度。
1. 圖1和圖2對應的數值是什么？區別與聯系。
2. 如圖設置參考溫度和環境溫度后，熱應變怎么計算？
圖1 材料屬性里的Tref （劇透）
圖2 分析模塊里的T0 （劇透）
三 基礎梳理
解決問題之前，首先再對熱膨脹系數的基礎梳理一遍。
(以下內容包括基礎理論分析，轉換計算，應用建議及參考資料分享)
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概述
這篇文章介紹了OpticStudio如何計算材料在任意輸入波長、環境溫度和壓強下的折射率。
介紹
通常情況下有兩種參考折射率的測量方法：絕對測量和相對測量。其中絕對測量以真空為參考介質；相對測量則是以空氣（攝氏溫度20°，一個標準大氣壓）為參考介質。除了折射率以外，光的波長也是在特定介質中測量的，光在不同介質中的波長存在微小差別，例如氦氖激光器產生的紅光在真空中的波長為0.632991μm
Ansys中的溫度場仿真還是很多模塊的，如下圖所示
ANSYS Workbench中的溫度場仿真還是很多模塊的，ANSYS Workbench 中用于溫度場計算的核心模塊包括穩態熱分析（Steady-State Thermal）、瞬態熱分析（Transient Thermal）、Fluent（流體傳熱）、Electrothermal（熱電耦合）、Thermal-Structural
ANSYS集合了電磁、溫度、結構場的耦合分析，所以被廣大同學使用，那么就經常遇到耦合場的問題。
首先要明確耦合場是什么？
其實就是由于物理理論算法的原因，導致軟件不能計算電磁和溫度的協同關系，因為這是不同的理論系統，不能混為一談，所以就使軟件分為了電磁軟件，溫度場軟件將不同的領域進行相互關系合并計算的方法就是耦合場計算。
很多同學會遇到電磁和溫度場的耦合
四、案例分析
基于ANSYS的變壓器溫度分析案例：
我們首先使用Maxwell計算了變壓器的功率損耗，然后利用Fluent進行了流體動力學仿真，得到了變壓器內部的溫度分布。通過對比實驗結果和仿真結果，我們發現兩者吻合度較高，證明了仿真分析的準確性和可靠性。
ANSYS中可采用熱力耦合算法來綜合考慮溫度及荷載對材料的損失演化規律。對于顯式動力分析中，可通過CONTROL_THERMAL_NONLINEAR、CONTROL_THERMAL_SOLVER、CONTROL_THERMAL_TIMESTEP來調用熱分析步，同時在材料中需要額外定義考慮溫度劣化的材料本構。
基于此，建立了小球摩擦生熱案例，在該模型中考慮了溫度劣化及材料摩擦痕跡，隨著循環摩擦次數的增加
說明
該示例演示了一種基于光纖布拉格光柵（FBG）的溫度傳感器，因為光纖折射率會隨溫度而變化，導致其布拉格波長發生偏移，所以可以被用作溫度的測量。（聯系我們獲取文章附件）
綜述
在本示例中要考慮的光纖布拉格光柵（FBG）由具有交替折射率和恒定周期性的纖芯制成。眾所周知，沿著光纖主軸的折射率變化可以在布拉格波長（λ_Bragg）下引起反向傳播模式的耦合
概述
這篇文章介紹了OpticStudio如何計算材料在任意輸入波長、環境溫度和壓強下的折射率。
介紹
通常情況下有兩種參考折射率的測量方法：絕對測量和相對測量。其中絕對測量以真空為參考介質；相對測量則是以空氣（攝氏溫度20°，一個標準大氣壓）為參考介質。除了折射率以外，光的波長也是在特定介質中測量的，光在不同介質中的波長存在微小差別，例如氦氖激光器產生的紅光在真空中的波長為
激光單道熔覆文件
利用 ANSYS進行溫度場分析時，對于三維實體單元，通常采用SOLID70 ，通過查看幫助文檔或者教程，可知該單元有8 個節點，且每個節點上只有一個溫度自由度，具有三個方向的熱傳導能力，并能實現勻速熱流的傳遞。該單元可以用于三維靜態或瞬態的熱分析，同時此單元也可以進行結構分析。
solid70單元
用ANSYS計算大體積混凝土溫度場的目的是以此為基礎來計算溫度應力。
Mechanical驅動電機溫度分析
●溫升是電機關鍵性能指標之一，影響電機可靠性，壽命等
●需要清楚利用WB分析電機溫度時相關設置及技巧等
●主要注意以下幾方面：
◆電機損耗處理，損耗計算的準確性，它直接影響最終結果
◆網格處理，網格的處理往往影響結果的可靠性
◆約束條件設定影響著結果的走向
◆求解，包括穩態和瞬態
