電磁熱耦合仿真的案例
電磁爐加熱過程電磁-熱耦合仿真
圖6 電磁熱耦合載荷傳遞量類型圖
04
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
05
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
展開 基于Hfss的電磁熱耦合分析微帶線行駐波功率容量
關鍵詞：耦合仿真，微帶線，行波，駐波，功率容量
在現代射頻系統中微帶線無疑是應用最多的一種射頻傳輸線方式，一般系統中由于設備功率不大所以很少有人關注微帶線功率容量問題，但是在一些功率較高的場景中或者出現大駐波的場景中，微帶線功率容量就變成一個非常重要且不得不考慮的因素，那么微帶線功率容量又受到什么因素影響呢？下面我們一步步講解并利用電磁與熱耦合方式評估微帶線峰值功率與平均功率容量。
由于現代射頻通信系統多采用非線性調制或者脈沖發射，導致系統輸出的平均功率與峰值功率不再相同，兩者之間往往差值很大，所用射頻傳輸系統需要把峰值功率容量和平均功率容量分開考慮，現實環境中影響微帶線的平均功率容量與峰值功率容量的限制因素也不相同，首先微帶線峰值功率容量受電場擊穿強度限制而平均功率容量是受最高溫度限制。
大家都知道微帶線在處于行波狀態時功率容量最大，駐波狀態時功率容量會縮小，那么行波與駐波微帶線功率會相差多少呢？下面以一個仿真實例演示未帶線在行波和駐波時功率容量的差異，如下圖建立一個20*20mm的微帶線PCB板。
一，行波狀態時峰值功率與平均功率
1，兩端在50歐姆匹配匹配狀態下是微帶線處于行波狀態，仿真S參數如下：在5GHz時插損0.04dB，反射為-37dB，說明該微帶線模型是比較理想的50歐姆傳輸線，兩端匹配時幾乎沒有反射波。
2，該狀態下微帶線電場強度分布，可見電場主要集中在走線附近，參見動圖能明顯看出行波狀態。
3，該狀態下電磁能量損耗密度如下圖所示，可見能量損耗同樣主要集中在走線附近，尤其集中在微帶線和地之間。
4，行波狀態下峰值功率容量如下，行波狀態時峰值功率容量可達到2231W，實際工程中一般減半作為最大峰值功率容量。
展開 結構、流體、熱分析、多物理場耦合、電磁仿真硬件配置探討-1
主要內容
1.有限元分析概述
2.有限元分析模擬計算過程分析與計算特點
2.1有限元前處理（建模、網格劃分）計算特點
2.2有限元求解計算特點與硬件配置分析
2.2.1動態結構（碰撞、爆炸、沖擊等）仿真計算特點
2.2.2靜態結構（強度、振動、耐久、復合材料）仿真計算特點
2.2.3流體力學仿真計算特點
2.2.4多物理場耦合仿真計算特點
2.2.5電磁仿真仿真計算特點
3.工程仿真計算工作站配置推薦
3.1 工作站機型介紹
3.2建模與求解專業硬件配置參考
3.3 工作站建模、求解計算硬件配置推薦
（一）有限元分析介紹
有限元分析（FEA）借助高性能計算機工具，用“數值近似”和“離散化”方法對真實物理系統（幾何和載荷工況）進行模擬，如求解結構、熱傳導、電磁場、流體力學等連續性問題
有限元法在工程設計和科研領域得到了廣泛的應用，已經成為解決復雜工程分析計算問題的有效途徑，從汽車到航天飛機幾乎所有的設計制造都已離不開有限元分析計算，其在機械制造、材料加工、航空航天、汽車、土木建筑、電子電器、國防軍工、船舶、鐵道、石化、能源和科學研究等各個領域的應用普及，已使設計水平發生了質的飛躍。
展開 基于comsol的三相變壓器電磁、熱、固、噪聲多物理場耦合仿真分析 ￥4500
電磁噪音產生原因是磁場誘發鐵心疊片沿縱向振動產生噪音，該振動幅值與鐵心疊片中磁通密度及鐵心材質磁性能有關，而與負載電流關系不大。 電磁力(和振動幅值)與電流平方成正比，而發射聲功率與振動幅值平方成正比。變壓器的噪音來源于變壓器本體和冷卻系統兩個方面。</p><p><br></p><p> 此次采用Comsol制作了三相變壓器 電磁、熱、固、噪聲多物理場耦合模型，分析三相變壓器在多次諧波工況下的表現。</p><p><br></p><p>磁通密度分布</p><p><br></p><p><br></p><p><img src="https://img.jishulink.com/upload/202103/b099017da79a47fe99815fa842e6d1a7.gif" height="356" width="508"></p><p><br></p><p>變壓器線圈的電流電壓表現：</p><div contenteditable="false" width="100%"><img src="https://img.jishulink.com/upload/202112/4e5e972d90084597b806611d2541b7b3.png" title="QQ圖片20211217113513.png" alt="QQ圖片20211217113513.png" style="max-width:760px;" data-mobile-src="https://img.jishulink.com/upload/202112/4e5e972d90084597b806611d2541b7b3.png?
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” 高級設計仿真培訓
27.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.pdf
“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
27.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-高曉龍.pdf
【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 comsol三維電磁攪拌，熱-電磁-流體耦合 ￥100
<p>此<a href="https://www.yqgqt.org.cn/service/PlanarTransformer" rel="noopener noreferrer" target="_blank">電磁</a>攪拌模型為clem式電磁攪拌裝置，實現固體<a href="https://www.yqgqt.org.cn/qa/2756" rel="noopener noreferrer" target="_blank">流體</a>傳熱，<a href="https://www.yqgqt.org.cn/qa/2756" rel="noopener noreferrer" target="_blank">流體</a>流動和電磁場全耦合，下圖為<a href="https://www.yqgqt.org.cn/qa/2756" rel="noopener noreferrer" target="_blank">流體</a>攪拌效果的切面圖。
展開 電磁爐加熱水—電磁 熱 結構耦合分析
讀取熱結果
加熱碗的最大溫度的溫升曲線如圖10所示，600s時刻的溫度分布結果如圖11和圖12所示。
圖9 設置散熱系數
圖10 溫度隨時間變化曲線
、
圖11 碗底溫度
圖12 碗整體溫度
2.3 結構分析
加載結構模塊structural，鏈接磁場分析的網格部分，打開后讀取磁場分析相應的網格模型和材料設置，同樣需要抑制掉空氣部分。
設置好邊界條件之后讀取上一步的熱生成的溫度，根據相應的材料參數可以獲取碗的膨脹變形量和應力分布情況，如圖所示
讀取溫度分布載荷
ldread,temp
圖13 碗應力分布
圖14 碗變形分布
圖15 碗變形分布
Workbench作為一個分析平臺可以將多個獨立的物理場很好的耦合到一起，很好的解決多電磁場、熱、結構以及流體等物理場的耦合計算。
多物理場分析能夠更全面的展示一些設備的多個輸入因素導致的相互作用，電磁爐的耦合場分析可以應用于模擬淬火加熱零件、電機受力、雙金屬片彎曲等相關的電、熱和結構耦合的分析，能夠獲取相關的溫度、變形、線圈參數等需要的關鍵數據。
另外workbench的多物理場仿真能夠更好的共享模型和模型網格，通過讀取載荷能夠更好的匹配熱、力等載荷數據，使計算快速準確，使仿真能夠顯著的減少實驗次數，提高準確度，并縮短產品開發時間。
展開 電磁爐加熱水分析—電磁 熱 結構耦合分析
設置好邊界條件之后讀取上一步的熱生成的溫度，根據相應的材料參數可以獲取碗的膨脹變形量和應力分布情況，如圖所示
讀取溫度分布載荷
ldread,temp
圖13 碗應力分布 圖14 碗變形分布
圖15 碗變形分布
Workbench作為一個分析平臺可以將多個獨立的物理場很好的耦合到一起，很好的解決多電磁場、熱、結構以及流體等物理場的耦合計算。
多物理場分析能夠更全面的展示一些設備的多個輸入因素導致的相互作用，電磁爐的耦合場分析可以應用于模擬淬火加熱零件、電機受力、雙金屬片彎曲等相關的電、熱和結構耦合的分析，能夠獲取相關的溫度、變形、線圈參數等需要的關鍵數據。
另外workbench的多物理場仿真能夠更好的共享模型和模型網格，通過讀取載荷能夠更好的匹配熱、力等載荷數據，使計算快速準確，使仿真能夠顯著的減少實驗次數，提高準確度，并縮短產品開發時間。
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 Maxwell和FLUENT電磁熱流耦合
Step6：如【圖75】所示為共軛傳熱的實體與流場溫度分布云圖，從圖中可以看熱流耦合的溫度分布情況。
Step7：單擊工具欄中的 按鈕，在彈出的對話框中保持默認，單擊 OK。
Step8：在如【圖 76】所示的 Details of Streamline1 面板中作如下設置：
在 Start From 欄中選擇剛剛建立的 Plane 1；
在# of Points 欄中輸入 100，其余默認并單擊 Apply 按鈕。
Step9：如【圖77】所示為流速分布云圖。
Step10：關閉 CFD-Post 平臺。
Step11：返回到 Workbench 窗口，單擊 按鈕保存文件，然后單擊 按鈕退出。
來源： CAE愛聯盟
展開 電磁閥“電磁-溫度-流體-應力”多物理域耦合仿真分析
電磁閥零件名稱及材料
多物理場耦合計算分析流程
ANSYS把各物理域軟件集成到同一個平臺Workbench下，各模塊之間無縫實現數據共享和傳輸，相互之間還能迭代，使仿真模型最大限度接近物理實際模型。該電磁閥模型采用ANSYS Maxwell電磁場分析計算線圈繞組的生熱，計算得到的結果導入ANSYS Mechanical的熱分析模塊計算電磁閥的溫度分布，再將計算的結果導入ANSYS Mechanical結構分析模塊進行熱應力分析。同樣采用ANSYS Fluent計算電磁閥噴油燃料的流場分布，包括壓力，速度分布等。并可將壓力分布和噴油燃料和電磁閥結構的之間的換熱系數導入ANSYS Mechanical作為邊界條件進行電磁閥的結構力學分析。另外，ANSYS Fluent計算的壓力結果作為載荷邊界條件加入了在Maxwell的計算。
整個分析過程在ANSYS Workbench平臺下的流程如下：
Workbench多物理場耦合仿真流程
根據提供的電磁閥模型stp格式的CAD文件，直接輸入到workbench平臺下的MAXWELL 3D中，對其各部分部件分配材料，如下圖：
因為該電磁閥是直流電源供電，所以沒有渦流損耗和磁滯損耗，主要是線圈通電的銅損，仿真結果如下圖，從圖中可以看出，電磁閥的損耗主要集中在線圈上，與理論推導一致。
所以重點考察線圈繞組上的損耗，輸入ANSYS Mechanical, 考察系統溫升。如下圖
線圈繞組焦耳損耗分布
Maxwell計算線圈生熱導入Mechanical
然后進行流體分析計算。本案例中的原始CAD模型只包含了固體區域，比如活門，彈簧，銜鐵，墊圈，頂桿等，做CFD仿真分析需要事先將流體域（通流域）抽出來，并設定相應的邊界條件。
展開 電磁閥“電磁-溫度-流體-應力”多物理域耦合仿真分析
電磁閥額定電壓為27V DC，額定工作壓力為10MPa，線圈匝數為2500匝，線圈電阻為55Ω。
電磁閥零件名稱及材料
多物理場耦合計算分析流程
ANSYS把各物理域軟件集成到同一個平臺Workbench下，各模塊之間無縫實現數據共享和傳輸，相互之間還能迭代，使仿真模型最大限度接近物理實際模型。該電磁閥模型采用ANSYS Maxwell電磁場分析計算線圈繞組的生熱，計算得到的結果導入ANSYS Mechanical的熱分析模塊計算電磁閥的溫度分布，再將計算的結果導入ANSYS Mechanical結構分析模塊進行熱應力分析。同樣采用ANSYS Fluent計算電磁閥噴油燃料的流場分布，包括壓力，速度分布等。并可將壓力分布和噴油燃料和電磁閥結構的之間的換熱系數導入ANSYS Mechanical作為邊界條件進行電磁閥的結構力學分析。另外，ANSYS Fluent計算的壓力結果作為載荷邊界條件加入了在Maxwell的計算。
整個分析過程在ANSYS Workbench平臺下的流程如下：
Workbench多物理場耦合仿真流程
根據提供的電磁閥模型stp格式的CAD文件，直接輸入到workbench平臺下的MAXWELL 3D中，對其各部分部件分配材料，如下圖：
因為該電磁閥是直流電源供電，所以沒有渦流損耗和磁滯損耗，主要是線圈通電的銅損，仿真結果如下圖，從圖中可以看出，電磁閥的損耗主要集中在線圈上，與理論推導一致。
所以重點考察線圈繞組上的損耗，輸入ANSYS Mechanical, 考察系統溫升。如下圖
線圈繞組焦耳損耗分布
Maxwell計算線圈生熱導入Mechanical
然后進行流體分析計算。
展開 