電磁熱耦合的案例
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(yīng)原理對食物進(jìn)行加熱，電磁爐的托盤是陶瓷材料，交變電流在線圈中的產(chǎn)生磁場，電磁爐鍋底放到托盤上，鍋體底部切割磁力線產(chǎn)生渦流，從而使鍋體本身發(fā)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(jìn)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(diǎn)
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(wǎng)格映射插值
分析類型：諧態(tài)分析、穩(wěn)態(tài)分析
03
案例分析
網(wǎng)格模型
電磁爐有限元模型如圖1所示，電磁場網(wǎng)格與溫度場網(wǎng)格是兩套不同的網(wǎng)格，電磁場網(wǎng)格采用高階四面體單元，溫度場網(wǎng)格采用低階四面體單元，有限元模型如圖2所示。
展開 基于Hfss的電磁熱耦合分析微帶線行駐波功率容量
關(guān)鍵詞：耦合仿真，微帶線，行波，駐波，功率容量
在現(xiàn)代射頻系統(tǒng)中微帶線無疑是應(yīng)用最多的一種射頻傳輸線方式，一般系統(tǒng)中由于設(shè)備功率不大所以很少有人關(guān)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(xiàn)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(xiàn)代射頻通信系統(tǒng)多采用非線性調(diào)制或者脈沖發(fā)射，導(dǎo)致系統(tǒng)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(tǒng)需要把峰值功率容量和平均功率容量分開考慮，現(xiàn)實(shí)環(huán)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(qiáng)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(tài)時功率容量最大，駐波狀態(tài)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(shí)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(tài)時峰值功率與平均功率
1，兩端在50歐姆匹配匹配狀態(tài)下是微帶線處于行波狀態(tài)，仿真S參數(shù)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(tài)下微帶線電場強(qiáng)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(tài)。
3，該狀態(tài)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(tài)下峰值功率容量如下，行波狀態(tài)時峰值功率容量可達(dá)到2231W，實(shí)際工程中一般減半作為最大峰值功率容量。
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(zhì)損耗將電磁場與傳熱場聯(lián)立起來以實(shí)現(xiàn)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(yīng)、吸附膨脹效應(yīng)建立起滲透率模型并將傳熱場、固體力學(xué)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(cè)布置兩個微波源，將微波源簡化為兩個矩形波導(dǎo)。
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(yīng) 及其流-固耦合機(jī)制研究》。
展開 新能源電機(jī)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(jī)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(jī)構(gòu)電磁仿真等具有豐富的項目經(jīng)驗。
寧老師 力學(xué)博士，18年的軟件工程應(yīng)用經(jīng)驗；長期從事有限元領(lǐng)域國家重大項目研究，獲得專利11項，開發(fā)軟件4項，具有資深的技術(shù)底蘊(yùn)和專業(yè)背景；擅長靜力學(xué)，模態(tài)分析，隨機(jī)振動/譜分析，瞬態(tài)動力學(xué)時程分析，轉(zhuǎn)子動力學(xué)分分析、線性/非線性后屈曲分析，斷裂力學(xué)分析，壓電分析，熱分析，顯式動力學(xué)分析，流體力學(xué)分析，多場耦合分析，ANSYS二次開發(fā)等仿真分析。善于利用ANSYS進(jìn)行二次開發(fā)解決特定領(lǐng)域科研/工程問題。
展開 
“新能源驅(qū)動電機(jī)電磁、磁熱、振動、噪聲多場耦合” 高級設(shè)計仿真培訓(xùn)
尤其對變壓器電磁和磁熱仿真、電機(jī)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(jī)構(gòu)電磁仿真等具有豐富的項目經(jīng)驗。
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展開 新能源驅(qū)動電機(jī)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(jī)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(jī)構(gòu)電磁仿真等具有豐富的項目經(jīng)驗。
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展開 電磁爐加熱水—電磁 熱 結(jié)構(gòu)耦合分析
電磁爐加熱水—電磁 熱 結(jié)構(gòu)耦合分析
ANSYS作為一個強(qiáng)大的耦合場分析軟件，其多個場的模擬分析可以很好的結(jié)合，下面以電磁爐加熱一碗水為例，模擬耦合場的經(jīng)典應(yīng)用.
注意：模擬中用到的分析數(shù)據(jù)包括電磁線圈頻率、電流、線圈圈數(shù)、導(dǎo)線面積、電流密度、材料參數(shù)和散熱系數(shù)等相關(guān)分析均為假設(shè)數(shù)據(jù)，真實(shí)數(shù)據(jù)請查閱相關(guān)資料或根據(jù)產(chǎn)品性能添加。
實(shí)例介紹：
電磁爐是應(yīng)用電磁感應(yīng)原理對食品進(jìn)行加熱的。電磁爐的爐面是耐熱陶瓷板，交變電流通過陶瓷板下方的線圈產(chǎn)生磁場，它利用高頻的電流通過環(huán)形線圈，從而產(chǎn)生無數(shù)封閉磁場力，當(dāng)磁場那磁力線通過導(dǎo)磁（如：鐵質(zhì)鍋）的底部，會產(chǎn)生無數(shù)小渦流（一種交變電流，家用電磁爐使用的是15-30KHZ的高
頻電流），使鍋體本生自行高速發(fā)熱，達(dá)到加熱食品的目的。
1.分析模型介紹
模型建立為一個底部圓環(huán)模擬線圈，其上一個平板模擬陶瓷板，其上鐵碗，碗中半碗水，為了便于網(wǎng)格劃分和后續(xù)的分析，將模型分割為對稱的4個部分如圖3所示.
2.分析過程
在Workbench中建立耦合場的分析流程，使用Magnetostatic建立磁場分析模塊，使用瞬態(tài)熱分析模塊讀取磁場分析的功耗，查看水升溫的時間，建立結(jié)構(gòu)分析模塊讀取熱分析的溫度分布，來獲取結(jié)構(gòu)相關(guān)的結(jié)果。
展開 【12月4-5日 上海】ANSYS官方培訓(xùn)—電機(jī)多場耦合仿真（電磁、流體、振動、噪聲耦合分析）
培訓(xùn)內(nèi)容
第一天（AM）
FLUENT軟件功能簡介和上機(jī)練習(xí)
FLUENT軟件功能特點(diǎn)簡介
電機(jī)散熱仿真分析的難點(diǎn)技術(shù)講解
電機(jī)定、轉(zhuǎn)子氣隙處理技巧
電機(jī)絕緣層處理技巧
風(fēng)扇罩進(jìn)風(fēng)處網(wǎng)格柵的處理技巧
電機(jī)接地?fù)Q熱系數(shù)對熱損的影響
第一天（PM）
電機(jī)電磁軟件簡介和電磁-熱耦合分析案例
電機(jī)電磁仿真流程和demo上機(jī)練習(xí)
電機(jī)鐵耗、磁鋼渦流損耗、銅耗的精確計算講解
電機(jī)電磁-熱耦合分析案例和demo上機(jī)練習(xí)
第二天（AM）
Mechanical軟件介紹及高級應(yīng)用介紹
ANSYS Workbench下Mechanical用戶界面介紹
工程數(shù)據(jù)中定義材料屬性
幾何模型處理(介紹SpaceClaim)
模型網(wǎng)格劃分
載荷及約束、應(yīng)力變形等
第二天（PM）
永磁電機(jī)轉(zhuǎn)矩脈動優(yōu)化設(shè)計案例和demo
Workbench下Mechanical分析永磁電機(jī)軟件使用培訓(xùn)
電磁噪音耦合分析Maxwell仿真demo
電機(jī)電磁噪音耦合分析mechanical案例
電機(jī)電磁噪音耦合分析mechanical演示
答疑
培訓(xùn)講師
ANSYS中國EBU/MBU/FBU產(chǎn)品技術(shù)專家/高級應(yīng)用工程師
時間地點(diǎn)
時間：2018年12月4日-5日（周二-周三）（上午9:00-12:00，下午1:30-5:30）
地點(diǎn)：ANSYS上海分公司（地址： 上海市黃浦區(qū)南京西路128號永新廣場16樓）
收費(fèi)標(biāo)準(zhǔn)
￥4200 /人（含發(fā)票），包括培訓(xùn)費(fèi)、資料費(fèi)、證書費(fèi)和上機(jī)費(fèi)（學(xué)員食宿自理）。
展開 Maxwell和FLUENT電磁熱流耦合
Step6：如【圖75】所示為共軛傳熱的實(shí)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(rèn)，單擊 OK。
Step8：在如【圖 76】所示的 Details of Streamline1 面板中作如下設(shè)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(rèn)并單擊 Apply 按鈕。
Step9：如【圖77】所示為流速分布云圖。
Step10：關(guān)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(lián)盟
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(shí)現(xiàn)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 電磁爐加熱水分析—電磁 熱 結(jié)構(gòu)耦合分析
ANSYS作為一個強(qiáng)大的耦合場分析軟件，其多個場的模擬分析可以很好的結(jié)合，下面以電磁爐加熱一碗水為例，模擬耦合場的經(jīng)典應(yīng)用.
注意：模擬中用到的分析數(shù)據(jù)包括電磁線圈頻率、電流、線圈圈數(shù)、導(dǎo)線面積、電流密度、材料參數(shù)和散熱系數(shù)等相關(guān)分析均為假設(shè)數(shù)據(jù)，真實(shí)數(shù)據(jù)請查閱相關(guān)資料或根據(jù)產(chǎn)品性能添加。
實(shí)例介紹：
電磁爐是應(yīng)用電磁感應(yīng)原理對食品進(jìn)行加熱的。電磁爐的爐面是耐熱陶瓷板，交變電流通過陶瓷板下方的線圈產(chǎn)生磁場，它利用高頻的電流通過環(huán)形線圈，從而產(chǎn)生無數(shù)封閉磁場力，當(dāng)磁場那磁力線通過導(dǎo)磁（如：鐵質(zhì)鍋）的底部，會產(chǎn)生無數(shù)小渦流（一種交變電流，家用電磁爐使用的是15-30KHZ的高 頻電流），使鍋體本生自行高速發(fā)熱，達(dá)到加熱食品的目的。
圖2 電磁爐加熱基本原理
1.分析模型介紹
模型建立為一個底部圓環(huán)模擬線圈，其上一個平板模擬陶瓷板，其上鐵碗，碗中半碗水，為了便于網(wǎng)格劃分和后續(xù)的分析，將模型分割為對稱的4個部分如圖3所示.
2.分析過程
在Workbench中建立耦合場的分析流程，使用Magnetostatic建立磁場分析模塊，使用瞬態(tài)熱分析模塊讀取磁場分析的功耗，查看水升溫的時間，建立結(jié)構(gòu)分析模塊讀取熱分析的溫度分布，來獲取結(jié)構(gòu)相關(guān)的結(jié)果。
2.1電磁場分析
底板線圈使用電流密度添加電流模擬線圈電流，這樣在線圈上不會產(chǎn)生渦流效應(yīng)導(dǎo)致的電流分布不均勻現(xiàn)象，其值為 I=單根導(dǎo)線電流*線圈圈數(shù)/線圈截面積，由于線圈為高頻交流電，根據(jù)電磁理論在碗底的鐵質(zhì)體上產(chǎn)生渦流，靠渦流生成的電流來加熱碗底，并可以讀取相應(yīng)的熱生成功率。
展開 
電機(jī)電磁熱設(shè)計軟件Motor-CAD的十大優(yōu)勢，了解一下嗎？附Motor-CAD案例教程系列三相感應(yīng)
尤其是在ANSYS中，可以和Maxwell、Fluent、Mechanical、Simploer對電機(jī)進(jìn)行電磁、溫升、機(jī)械以及系統(tǒng)方面的耦合計算，得到更為完整詳細(xì)精確的數(shù)據(jù)結(jié)果。
目前，MDL公司正通過安世亞太公司在國內(nèi)開展Motor-CAD的銷售和技術(shù)服務(wù)，感興趣的用戶，歡迎聯(lián)系安世亞太。
除了電機(jī)電磁熱設(shè)計軟件及方案，安世亞太在機(jī)電一體化電機(jī)設(shè)計仿真、電機(jī)振動噪聲、電機(jī)多物理場、電機(jī)電磁、電機(jī)仿真咨詢與專業(yè)定制開發(fā)、電機(jī)結(jié)構(gòu)、電機(jī)流體仿真等方面，都積累了豐富的經(jīng)驗，相關(guān)資料和文章詳見“延伸閱讀”。
下載地址：Motor-CAD案例教程系列三相感應(yīng)電機(jī)電磁熱耦合計算
展開 Workbench電磁熱耦合分析（流程說明）
?第十步：耦合設(shè)置
右鍵單擊Imported Load(Maxwell2Dsolution)-insert-Heat Generation，這時左側(cè)會出現(xiàn)選擇模型對話框。
?第十一步：模型選擇
全選模型，好像不能框選，只能一個一個的選，尤其是繞組部分。選擇完成后點(diǎn)擊Apply。
?第十二步：耦合分析
點(diǎn)擊菜單欄中上的圖標(biāo)Solve，開始進(jìn)行分析，分析后如下圖。
永磁電機(jī)電磁（Maxwell）、熱（Fluent）耦合分析流
永磁電機(jī)電磁（Maxwell）、熱（Fluent）耦合分析流
【ansys電磁實(shí)例-基礎(chǔ)】 workbench計算導(dǎo)體電-熱單向耦合
默認(rèn)會把模型，網(wǎng)格連起來，并把結(jié)果連到set那里
7 進(jìn)入熱分析里的set
在導(dǎo)體外表面加對流系數(shù)20，環(huán)境溫度22度。外表面加輻射，輻射率1，環(huán)境輻射，環(huán)境溫度22度
8 溫度計算結(jié)果
