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</p><p class="ql-align-justify">本文采用ANSYS Maxwell與Transient Thermal模塊對感應加熱過程進行了仿真模擬，通過多物理場耦合分析，對感應加熱系統的溫度場與電磁場進行了精確描述，全面展示了感應加熱過程中的熱效應及其影響因素。

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

Simcenter MAGNET求解器自帶了電磁-熱耦合分析，可以支持各種類型的電磁加熱相關問題。Simcenter MAGNET腳本功能十分強大支持進行各種方式的求解調用。

結果 圖5顯示了加熱階段結束時齒輪中的溫度。圖6顯示了加熱階段齒輪中感應電流的電流密度。在模擬開始時，齒輪完全由鐵素體組成，圖7顯示了分析終止時馬氏體的分布。圖8顯示了分析結束時的Von Mises應力。

設有兩個線圈L1和L2，其互感系數為M，則兩個線圈的耦合系數K可以表示為式(4)： 在ANSYS Maxwell中對相距10mm的兩個相同的線圈進行仿真分析，兩個線圈的耦合系數K隨匝數的變化曲線如圖7所示。從圖7中可以看出，對于給定最小和最大圓環半徑的線圈，隨線圈匝數增大，兩個線圈的耦合系數K的增大速度會逐漸變緩。

4、電磁加熱仿真流程 這里首先是對線圈產生的電磁場進行耦合計算，然后將電磁場的計算結果作為溫度場的瞬態熱分析結果對金屬導熱層表面的溫度進行計算，經過迭代收斂后得出結果進行后處理。

感應加熱階段，電磁線圈內定義150kHz頻率的1200A感應電流進行齒輪加熱，加熱時間2s，然后關閉感應線圈，進行淬火冷卻，冷卻時間7s內。

05 結果 Results圖5顯示了加熱階段結束時齒輪中的溫度。圖6顯示了加熱階段齒輪中感應電流的電流密度。在模擬開始時，齒輪完全由鐵素體組成，圖7顯示了分析終止時馬氏體的分布。圖8顯示了分析結束時的Von Mises應力。

三維電磁感應加熱---感應加熱的激勵源為365000HZ的交流電，線圈電流密度為2.04e8A/m^2，線圈和管子的幾何模型如下圖所示： 鋼球的淬火---淬火是把鋼加熱到臨界溫度以上，保溫一段時間，然后快速冷卻的一種熱處理工藝方法，下圖為鋼球溫度變化曲線： 二維靜態磁場分析---把螺線管制動器作為2D軸對稱模型進行分析，計算銜鐵部分螺線管制動器的運動部分

李向國等[9-10]采用有限元方法對堆芯補水箱筒體內壁和管板一次側堆焊及焊后消氫感應加熱溫度場進行了數值模擬，分析了感應加熱過程中感應線圈結構和參數對溫度場分布的影響，實際溫度測量比模擬溫度吻合較好。陳保潔[11]利用有限元軟件對圓管型焊縫進行感應加熱模擬，提出了內外保溫及變電流的加熱方式滿足熱處理溫差要求。

例如，非線性材料的感應加熱中，諧波電磁分析計算出焦耳熱，該熱在瞬態熱分析中用于隨時間變化的溫度解，而溫度的變化會反過來影響電磁場材料屬性的變化，從而改變電磁分析結果。二 耦合場分析類型1.直接耦合場分析 直接方法通常只包含一個分析，它使用一個包含所有必需自由度的耦合單元類型，通過計算包含所需物理量的單元矩陣或單元載荷向量的方式進行耦合。

<p>在本研究中，我們基于ANSYS Workbench平臺開展了太陽能加熱鋁鍋的熱-結構耦合（熱固耦合）數值模擬分析，旨在揭示鋁鍋在太陽輻射加熱過程中的溫度場演化規律及其對結構應力與變形的影響。太陽能作為一種綠色可再生能源，其加熱過程伴隨著顯著的溫度梯度，尤其在鍋體壁厚不均或存在邊界散熱的情況下，更容易引發熱應力集中和局部形變。

在電路中對 3 個線圈施加三相交流電，相位差依次相差 2π/3，線圈匝數設定為24，并設置線圈電阻，電路中激勵電壓的方程為 在鐵心的電磁場分析中，硅鋼片材料的 B-H( B為磁感應強度，H 為磁場強度) 磁化特性是非常重要的輸入參數，直接影響電磁場分析結果的準確度。

DEFORM軟件領先行業同類軟件，率先具備感應淬火和電阻加熱等高級分析功能，真正實現了同一平臺下多種物理場的耦合計算，幫助設計人員進一步認識和了解感應淬火工藝過程，優化工藝方案。

在Maxwell的eddy current和transient分析中線圈可以設置為winding方式，這種簡化方式極大的方便了用戶的使用，而且后處理中很方便的能夠提取線圈繞組的電感，感應電壓，電流，功耗等一系列和線圈相關的參數 舉例：以簡單模型為例來說明其作用。

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

變壓器是以高磁導率磁閉合磁芯為磁路的磁通傳輸器件，所以理論上變壓器是全耦合器件，耦合系數是k=1，磁通是原邊線圈產生的磁通（電生磁），由于變壓器共用同一個磁芯，所以初次級的磁通量是相同的即φ1=φ12=φ（Ψ=N*φ稱為磁鏈，φ12表示線圈N1對線圈N2產生的磁通，因為是空載，次級線圈2也就沒有自生產生磁通的源頭了），磁通量φ的變化率也是相同的，初級和次級的感應電動勢如下表達式②

HFSS來仿真天線的性能； 低頻電磁場：可以對變壓器、傳感器和感應加熱器等電磁部件的特性進行仿真； 電源完整性：ANSYS SIwave-DC分析印刷電路板（PCB）和集成電路（IC）封裝，有助于在設計早期發現布局前和布局后的功率和信號完整性問題，驗證輸電網絡的DC電力損耗，提早檢測熱點位置，并防止故障發生； 射頻與微波：使用ANSYS HFSS將高級電磁場仿真器與強大的諧波平衡和瞬態電路仿真進行動態結合