利用ANSYS释放感应加热仿真的强大功能

感应加热不再只是一个工业流行词，它是一种用于从汽车到航空航天等各个领域的精密工具。感应加热涉及复杂的多物理场：电磁场感应电流，通过焦耳效应产生热量。仿真使工程师能够在硬件原型制作之前优化设计参数，例如线圈几何形状和材料属性，从而节省时间和成本。

本博客将演示如何使用ANSYS中的两个强大的仿真工作流程对感应加热进行建模。将要研究的模型如下所示。它包括交流电流流过的线圈，以及线圈旁边的导电盘。涡流将在磁盘内部产生，从而加热磁盘。圆盘的稳态温度将在ANSYS中建模。

 

方法 #1：使用 ANSYS 系统耦合将 Maxwell 和机械热连接起来

这种方法要求用户准备一个 Maxwell 模型和一个 Mechanical Thermal 模型（在 Workbench 中），并将它们与系统耦合链接。

第 1 步：准备 Maxwell 模型

用户可以为圆盘定义与温度相关的材料。

 

 

材料全部凝固后，需要设置温度。确保选中“包括温度依赖性”和“启用反馈”框。

 

 

 

需要在 Maxwell 模型中添加系统耦合设置。完成此作后，可以保存并关闭 Maxwell 模型。在 Maxwell 模型文件夹中，将创建一个 .scp 文件，稍后将使用。

 

 

 

第 2 步：在 Workbench 中准备机械热模型

机械模型只需要包括圆盘几何体。Maxwell 的损失将映射到 Mechanical Thermal 的磁盘中。边界条件设置如下图（仅限自然对流）。

 

   

 

用户需要添加系统耦合区域，并将磁盘体分配给该区域。

 

 

分配系统耦合区域后，用户需要将系统耦合文件写入保存模型的文件夹中。与 Maxwell 模型准备类似，也会在 Mechanical 模型的文件夹中创建一个 .scp 文件。现在，可以保存和关闭模型。

 

 

第 3 步：使用系统耦合将 Maxwell 和 Mechanical 连接起来

系统耦合是一种ANSYS工具，可以链接不同的模型来进行多物理场仿真。需要将先前创建的 .scp 文件添加到系统耦合设置中。

然后需要一个耦合接口：第一面是AEDT，第二面是机械接口。

 

 

接下来要做的是添加两个 DataTransfer。一是转移温度，二是转移损失。有关系统耦合中模型设置的更多详细信息，请参阅下面的视频。完成所有设置后，求解系统耦合模型，它将进行双向耦合分析。

 

   

 

第 4 步：检查结果

温度结果可以以 Maxwell 或 Mechanical 显示。

麦克斯韦模型的结果：

 

 

机械模型（工作台）的结果：温度分布与麦克斯韦的温度分布相同。

 

 

 

方法#2：在ANSYS Electronics Desktop （AEDT）中链接Maxwell和Mechanical Thermal

通过这种方法，用户只需要使用一个界面：AEDT。AEDT 支持 Maxwell 和 Mechanical 热仿真。

 

 

第 1 步：在 AEDT 中创建目标机械设计

创建 Maxwell 模型后，需要创建目标设计。

 

 

 

然后将自动创建机械热模型。边界条件和映射损失已添加。

 

 

第 2 步：添加 2 路联轴器

需要添加一个 2 路联轴器。之后，可以分析机械模型。

 

 

第 3 步：检查结果

结果将在 Maxwell 和 Mechanical 模型中提供。

源 Maxwell 模型的结果：

 

 

目标机械模型的结果：温度分布与麦克斯韦模型的结果相同，也与系统耦合方法获得的结果非常接近。

 

 

这两种方法都可以提供非常准确的结果。对于这个特定的示例，AEDT 内部的耦合将更容易，因为用户只需要专注于一个界面。另一方面，系统耦合工具是一个非常强大的工具，可以耦合 ANSYS Maxwell 和 Fluent。