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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

對散熱片、線圈盤的降溫可采用強制對流風冷的方式，這是由于與液冷結構相比，強制對流風冷結構較為簡單，成本較低，且可靠性高，易于維修。為實現強制對流風冷，需在特定位置放置風機。與離心風機相比，軸流風機有著風量大、能耗低、風壓小等特點，因此電磁爐通常采用軸流風機實現強制對流風冷。

簡介傳統烤箱主要通過來自加熱裝置的輻射來加熱食物元素。對流烤箱除了輻射外還使用強制對流，以加熱食物。在這個案例中，我們不對輻射進行建模，而是關注關于比較由于自然對流而發生的熱傳遞（在傳統烤箱）和強制對流（在對流烤箱中）。目標 比較兩個烤箱將餅干加熱到溫度200℃時所需要的時間； 比較餅干在兩種設置的烤箱中，餅干中的溫度分布的均勻性。

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。

這種相變吸收的能量，比對流要多得多。制冷：利用蒸汽壓縮熱力學，循環使用壓縮、冷凝、膨脹和相變從熱源中吸取熱量。環境溫度遠高于電子設備所需的工作溫度時，這種方法尤為實用。數據中心，是利用制冷來為自由對流、強制對流及液冷系統的工作流體散熱的一個常見示例。電阻加熱：大多數熱管理方法都是為了電子系統或組件散熱。

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。

基于Simdroid多物理場仿真Paas平臺開發的微波爐多物理場分析APP，可以對微波爐工作過程中食物加熱機理進行快速分析并對加熱過程進行直觀展示。 二、仿真APP解決方案通過采用多物理場仿真平臺Simdroid提供的電磁－熱耦合分析功能，可以對微波加熱食物過程中電磁場分布以及食物加熱溫升過程進行同步分析計算。

一些對流的表面系數如下：空氣自然對流一般是3~10，空氣強制對流是20~100，水自然對流是200~1000，水強制對流是1000~15000，水沸騰時2500~25000，相變是10000~1000003. 輻射物體通過電磁波來傳遞能量的方式稱為輻射。因熱的原因發出輻射能的現象稱為熱輻射。

自然對流式自然對流式熱管理方案利用電池箱內的空氣自然對流進行散熱。該方案成本較低，但對環境要求較高，且可能會影響電池性能。強制對流式強制對流式熱管理方案通過設置風扇等設備，強制電池箱內的空氣進行對流，提高散熱效率。該方案適用于對散熱要求較高的場合，但需要考慮風扇等設備的能耗和噪音問題。

無論何時將一個加熱或冷卻的零件暴露在空氣中，熱量就會通過對流在零件和空氣間相互傳遞。空氣的流動既可以通過風扇強制形成，也可以由空氣溫度變化引起的自然浮力變化形成。今天，我們來看看在 COMSOL Multiphysics? 軟件中模擬各類對流傳熱的幾種不同方法。簡單的開始:傳熱系數 我們先來看一個母線板焦耳熱模型，如下圖所示。

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。 圖1 齒輪含空氣的簡化模型為正確計算電磁場，另外需要對齒輪周圍的空氣進行建模，齒輪附近的空氣已采用精細網格建模（接觸體：InnerAir和BelowGearAir），而遠離齒輪的空氣則采用粗網格建模（接觸體：OuterAir）。

3 結果分析利用ANSYS Workbench 19.2 Icepak軟件仿真環境溫度為20攝氏度時，電池模塊在自然對流和不同風扇功率、不同風扇方向、不同電池單體間隙條件下的溫度分布和空氣流速分布。

（如啟動 / 停機、熱沖擊）；支持非線性材料熱屬性；與瞬態結構耦合方便 求解耗時長、需精細時間步控制；對初始條件和網格質量敏感 發動機啟停、焊接熱影響區、脈沖加熱、自然對流瞬態過程 Fluent（CFD 模塊） 流體與固體耦合傳熱，支持復雜流動（層流 / 湍流）、相變、多相流、輻射（P1、DO、S2S

仿真條件設置：環境溫度為20℃，冷卻方式為強制對流，風量為抽風設計且風量固定（約170m3/h），熱源功耗為1000W，散熱器材質為鋁合金材質，散熱器三維尺寸為643mm×190mm×350mm。熱端仿真計算得到的仿真結果如圖3—圖5所示。從圖中可以看出，在制冷/制熱工況下，半導體制冷裝置都能對半導體制冷片的散熱器端進行有效換熱。

如果能夠進一步提供加熱裝置材料的熱導率、密度、熱容等參數，就可以用一個傳熱方程來描述該裝置通電后的溫度升高和分布。具體的溫度還與邊界有關。加熱裝置浸泡在水里，局部的溫升還要引起水的自然對流，水的對流可以用一個流體方程描述。如果還能提供水的熱容、密度和熱導率，那么一個對流傳熱方程也可以建立起描述水中的溫度分布。加熱裝置和水的溫度在分界線上應該是相等的，也就是連續的。

在烤箱加熱領域，烤箱加熱流場仿真分析APP是一個非常有用的工具，可以幫助工程師快速計算結構局部尺寸、材料特性及熱損耗分布等改變對烤箱內部各部件換熱溫度及內部自然對流流場的影響。

在這個仿真中，考慮到計算效率，關閉了熱輻射效應（對于強制對流問題，輻射的影響較小，但會顯著影響計算時間，對于自然對流問題，輻射的影響則一般不能忽略）。

其他的對于濕空氣主要需要考慮和假設的是換熱的濕空氣容腔和濕空氣流路建模部件，而對流換熱內部或外部對流換熱、自然和強制對流和密閉空間的對流換熱；對于太陽或者地表或者其他部件熱源的熱輻射主要考慮物體透明和不透明表面以及反射、投射和吸收熱量的計算。

5，利用電磁和熱耦合仿真，端口加載100W平均功率時，在自然對流散熱條件下，微帶線最高溫度達到128°C，由于PCB板介質最高溫度范圍約為150°C，可見該微帶線承受100W平均功率時仍處于PCB板最高溫度之下。 二，駐波狀態時峰值功率與平均功率1，當一端開口后，微帶線處于駐波狀態，電壓駐波比如下圖電壓駐波比達到185。