電磁-熱雙向耦合
關注創建者：匿名 創建時間：2026-01-05
電磁-熱雙向耦合的視頻教程
Workbench電磁多物理場耦合課程之“Maxwell與Thermal、Fluent磁熱耦合工程應用”
磁力雙向耦合分析關鍵點； 11） Workbench平臺磁熱、磁結構應力耦合數據傳遞關鍵點； 12） Workbench平臺磁熱、磁結構振動噪聲耦合分析關鍵點。
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Maxwell IcePak 雙向耦合熱分析
??? 在電子設備中，熱一般是由電產生的，電流通過導體，由于電阻產生發熱，發出的熱量導致導體溫度升高，而一般導體的電阻率跟溫度成正相關，即導體越熱電阻越大，在電流不變的情況下，發熱功率也會變大，如此循環直到達到平衡。 ?? Maxwell 和icepak的耦合仿真可以進行雙向數據交換，實現雙向耦合。
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Workbench電磁多物理場耦合課程之“Maxwell電磁場工程應用”
磁力雙向耦合分析關鍵點； 11） Workbench平臺磁熱、磁結構應力耦合數據傳遞關鍵點； 12） Workbench平臺磁熱、磁結構振動噪聲耦合分析關鍵點。
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電磁-熱雙向耦合的實例教程
電機的虛擬設計與虛擬實驗主要包括電磁、結構、散熱三個方面。對于常規的電機設計方法，計算工作量非常大，只能得到各物理場的平均結果而難以獲得其分布，且很難考慮各物理場耦合的問題。
本文與大家分享某電機廠對于新開發的某款電機進行的CAE多物理場分析方法，其中涉及電磁分析、結構分析（強度、振動、噪聲等）和散熱分析(流體、熱)。通過分析，可以為電機廠商提供電機電磁、結構、噪聲、流場和溫度等一系列參數的分布情況，使開發人員能夠有針對性的進行改善，從而大大縮短研發周期，降低研發成本。
本項目分析流程如圖1所示：
圖1 電機CAE多物理場分析流程
一、 電磁分析
以電機的實際結構建立磁場有限元模型，基于電磁——熱雙向耦合建立軸向通風各部件的電磁場數學模型和熱傳導方程，通過電磁——熱雙向迭代計算得到磁密分布、電磁力等結果。某電機的氣隙磁場磁力線分布如圖2所示。
圖2 某電機的氣隙磁場磁力線分布
二、 結構分析
1. 應力及應變分析
通過電磁——結構以及熱——結構的耦合，對電機進行了整機結構分析（包括整機強度分析、定子與機座配合計算、吊環強度分析等）、整機模態分析和滑環強度分析。通過分析可以獲得電機的應力及應變分布，從而驗證電機強度是否滿足設計要求。
圖3 某電機三階模態振型
2. 振動分析
通過電磁分析得到定子齒部節點的徑向及切向電磁力，映射處理至電機結構的網格模型中，進行振動分析。通過分析可以獲得電機的振動分布，并確認是否滿足設計要求。
圖4 某電機振動位移云圖
3.
展開 圖：采用Maxwell自帶的外電路編輯器實現斬波電流激勵瞬態仿真結果：位置波形、線圈電流和二極管電流波形
圖：基于瞬態電磁分析優選滿足負載力要求的設計方案
圖：基于瞬態電磁分析優選滿足閉合時間要求的設計方案
二、電磁、熱耦合分析
Maxwell瞬態電磁場仿真分析得到的線圈和鐵芯損耗，可通過ANSYS Workbench環境映射到ANSYS Mechanical或者ANSYS CFD（計算流體動力學）軟件Fluent中做熱分析。其耦合方式包括：電磁場分析得到的總損耗空間分布映射到Fluent熱模型，通過精確考慮復雜散熱環境，包括對流和傳導，直接計算各部件的溫升，并將溫度數據反饋回Maxwell中修改材料的溫度屬性，而后重新計算損耗，如此雙向耦合反復迭代，得到作動器線圈和鐵芯等部件穩態溫度；在Mechanical溫度場計算中采用簡單設置，即直接定義傳熱系數，或者此傳熱系數由Fluent計算得到，再通過電磁-熱瞬態熱性能和熱循環分析迭代多次后，得到作動器的穩態溫度，此流程的仿真計算速度要比在Fluent中直接計算溫升快，且仿真精度大大提高。
圖：Maxwell和Mechanical電磁-熱雙向耦合溫度分布（簡單設置的換熱系數 VS Fluent計算的換熱系數）
三、系統設計
作動器設計除了需要精確考慮其電磁和多物理域耦合特性外，還需要考慮其供電和控制電路集成。
展開 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 熱設計是隨著通訊和信息技術產業的發展而出現的，且越來越被重視。隨著設備性能的不斷提升和人們對于便攜化和微型化要求的不斷提升，設備的功耗不斷上升，而體積趨于減小，高熱流密度散熱需求越來越迫切 。
在電子設備中，熱一般是由電產生的，電流通過導體，由于電阻產生發熱，發出的熱量導致導體溫度升高，而一般導體的電阻率跟溫度成正相關，即導體越熱電阻越大，在電流不變的情況下，發熱功率也會變大，如此循環直到達到平衡。
Maxwell 和icepak的耦合仿真可以進行雙向數據交換，實現雙向耦合。電磁仿真將發熱功率傳遞給熱仿真作為功率輸入，熱仿真將溫度結果輸入電磁仿真更新導體的電阻率，電磁仿真按照更新后的電阻率重新計算熱功率，如此循環，直到達到平衡。
這里使用一個實例來介紹如何實現這個過程。
假設有三根母排，每根母排通過有效值為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自然對流的情況下的溫升情況。
由于有集膚效應和臨界效應，電流在這三根排中是不均勻分布的，如下的電流密度矢量圖顯示
一般中間相的發熱功率相對其它兩相來說是最大的，將電磁計算的發熱功率映射到icepak中。 Icepak計算這三根銅排在空氣中的自然對流情況下的冷卻情況
再將icepak中的溫度映射回maxwell中
Maxwell 按照這個新的溫度計算對應的電阻率，從而得到新的發熱功率。
再將發熱功率映射給icepak, 如此往復，直到icepak中的溫度不再變化，完成迭代。
例子雖然簡單，但過程是完整的，在下方將會有完整的逐步的步驟演示。
展開 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，在此強調一點，軟件之間的耦合都是結果的耦合，并非時間上的交互耦合。
單向耦合：電磁計算完畢后傳到到溫度場作為功率載荷來計算溫度結果，缺點是沒有考慮溫度會導致材料電阻率的變化。
雙向耦合：時間上交互式耦合，單向耦合后再將溫度改變的材料屬性傳遞到電磁，再進行下一次計算。
網上搜索發現很多雙向耦合，遺憾的是這些全部都不是實時的交互式耦合
雙向耦合都是結果的耦合，將電磁的結果傳遞到溫度場之后，計算完畢；溫度場返回到電磁場改變電阻率，重新計算
無論電磁分析是靜態、瞬態，都是將最后的電磁結果傳遞給溫度場，同樣，溫度場物理是穩態還是瞬態都是將最后一步的結果傳遞給電磁場，所以是結果的耦合，并非實時交互耦合。
那么怎么辦呢？找到一篇apdl命令，采用ANSYS的經典算法就能實現，感應加熱的案例，參考如下。
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電磁-熱雙向耦合的相關專題、標簽、搜索
電磁-熱雙向耦合的最新內容
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
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
電機設計工作的特點要求設計工具需要具有以下幾方面特征：
● 兼顧磁路法的理論深度和有限元法的高精度，提供專業的前、后處理功能；
● 在電機全運行工況范圍內，需要實現電磁和熱的雙向耦合，而且算法必須快速高效以滿足產品研發周期的需求；
● 電機機械強度的分析需要在電磁設計階段同時進行，以減少設計迭代。
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
<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
電磁注熱增產已經廣泛應用于石油領域，其原理是利用天線將電磁能導入儲層，溫度的提高降低了原油粘度并提高了其流動性，從而提高了石油產量。微波能量可以通過波導和天線導入煤層，首先，由底板巷向煤層施工瓦斯抽采鉆孔；然后，將波導與天線連接并和抽采管一起放入鉆孔內；天線與鉆孔壁之間安裝特氟龍護管；最后密封鉆孔，打開微波發生器后實施瓦斯抽采。微波發生器產生的微波通過矩形波導、波導轉換器及同軸波導傳遞到鉆孔內的天線處
Motor-CAD結合了磁路法與電磁場有限元法，兼顧了理論深度與計算精度，豐富的結果后處理幫助用戶深入、全面的分析和理解電機各種電磁性能參數
Motor-CAD集成的熱分析模塊實現了電機電磁-熱雙向快速耦合分析，其內置20 年積累的豐富電磁熱計算經驗數據為計算精度提供了有力保證
Motor-CAD與optiSLang之間可以借助于集成的向導插件或Python腳本進行耦合，實現電機多學科
永磁電機熱性能評估
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電磁熱單雙向耦合分析
Ansys解決方案：接入網（基站） | 承載網（光通信） | 核心網（數據中心）
典型應用案例：大規模陣列天線、射頻器件、天線系統仿真、SI/PI 分析、芯片寄生參數提取、電磁熱雙向耦合分析、結構可靠性分析、RFI分析、場景分析
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電機設計工作的特殊性要求設計工具必須具有以下幾方面特征：
兼顧磁路法的理論深度和有限元法的高精度，提供專業的前、后處理功能；
在電機全運行工況范圍內，需要實現電磁和熱的雙向耦合，而且算法必須快速高效以滿足產品研發周期；
電機機械強度的分析需要在電磁設計階段同時進行，以減少設計迭代。
