AEDT Icepak案例｜04 Maxwell双向耦合计算涡流加热

本文摘要（由AI生成）：

本文介绍了使用Maxwell与Icepak进行双向耦合仿真分析的过程，包括Icepak的设置、Maxwell模型导入、求解类型设置、区域尺寸修改、EM结果映射、网格生成、热仿真模型设置、监测点指定、双向耦合设置、验证及计算、热平衡检查、温度及速度矢量云图查看等步骤。此过程旨在模拟并分析电磁场和热场之间的相互作用，为工程设计提供精确的数据支持。

案例演示在ANSYS AEDT中使用Maxwell及Icepak双向耦合计算涡流加热。案例中使用Maxwell计算涡流热，利用Icepak模拟自然对流，并实现两者之间的双线耦合。

1 计算模型

计算模型及参数如下图所示。

2 Maxwell计算设置

• 启动Ansys Electronics Desktop
• 利用菜单Open打开起始文件Maxwell_Icepak_Coupling.aedt

• 如下图所示，修改节点名称为Maxwell_Stock_Coil

2.1 修改材料

• 右键选择节点Stock，点击菜单项Assign Material... 打开材料设置对话框

• 如下图所示，在对话框中点击按钮View/Edit Materials...

• 打开的对话框中，激活选项Thermal Modifier，点击材料属性Bulk Conductivity的热参数为Edit...，如下图所示

• 如下图所示指定其参数值为if (Temp <=22, 1, 1/(1 0.0039*(Temp-22)))

 

注：将电导率指定为与温度相关的函数。

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2.2 激活温度反馈

• 点击菜单Maxwell 3D → Set Object Temerature...打开设置对话框

 

注：也可以通过右键点击模型树节点Maxwell_Stock_Coil，选择菜单项Set Object Temperature。

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• 打开的对话框中激活选项Include Temperature Dependence及Enable Feedback，如下图所示

2.3 设置求解类型

• 右键点击模型树节点Maxwell_Stock_Coi，选择弹出菜单项Solution Type...

• 如下图所示，打开的对话框中选择Eddy Current

2.4 设置涡流效应

• 右键选择模型树节点Excitations，点击弹出菜单项Set Eddy Effects...

• 弹出对话框如下图所示设置

2.5 添加求解设置

• 右键选择节点Analysis，点击弹出菜单项Add Solution Setup... 打开设置对话框

• 进入General标签页，指定Percent Error为0.1

• 进入Convergence，指定Minimum Number of Passes为4

• 进入Solver标签页，指定Adaptive Frequency为200 Hz ，激活选项Smooth BH Curve

2.6 验证求解

• 点击功能区按钮Validate

• 如下图所示表示设置没有问题，可以进行下一步求解

• 点击按钮Analyze All 开始计算

2.7 求解状态

• 点击Results选项卡下的功能按钮Solution Data

• 可以查看计算结果文件

• 查看收敛信息

2.8 用场计算器计算Stock的欧姆损耗

• 右键选在模型树节点Field Overlays，点击弹出菜单项Calculator...

• 选择以下选项
• Input →Quantity中选择OhmicLoss
• Input→Geometry 中选择Volume → Stock
• Scalar中选择 ∫ ( Integrate)
• 点击Add...并输入名称loss_stock

 

注：maxwell中已经内置了loss_stock，因此直接以此命名会保持重名错误。这里只是演示变量的定义方式。

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可以查看预置的变量。

• 如下图所示，选择loss_stock，点击按钮Copy to stack读取变量，点击按钮Eval计算变量

• 相同方式加载loss_coil，计算的变量值如下图所示

可以看到，stock的欧姆损失为8.7568 W，coil的欧姆损失为16.4733 W。

2.9 数据表格

• 点击按钮Reaults > Fields Report > Data Table

• 如下图所示选择列表项，点击按钮New Report输出结果

• 查看功率损失如下图所示

3 Icepak设置

3.1 插入Icepak

• 右键选择模型树节点Maxwell_Icepak_Coupling，点击弹出菜单项Insert → Insert Icepak Design 创建新节点Icepak_Stock_Coil

3.2 拷贝Maxwell模型到Icepak

• 鼠标双击模型树节点Maxwell_Stock_Coil
• 利用CTRL A选中所有的Maxwell几何与材料信息，按CTRL C复制这些信息
• 双击模型树节点Icepak_Stock_Coil，按CTRL V粘贴信息
• 选中多余的节点（如图中的coil_Selection1及FieldLine），按键盘Delete键删除

3.3 求解类型设置

• 右键选择模型树节点Icepak_Stock_Coil，点击菜单项Solution Type...

• 选择问题类型为Temperature and Flow

• 右键选择模型树节点Icepak_Stock_Coil，点击菜单项Design Settings...

• 如下图所示指定重力方向

 

注：注意：单独设置重力方向不会包括重力的影响。重力需要包含在稍后显示的设置面板中。

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3.4 区域尺寸修改

• 选中几何节点CreateRegion

• 如下图所示设置几何尺寸

• 修改完毕后的几何模型如下图所示

3.5 EM结果映射

• 选中模型树节点Stock及Coil，点击右键菜单项Assign Thermal → EM Loss...

• 弹出对话框中采用下图所示的设置

• 采用默认设置，点击OK按钮

3.6 创建Opening

• 右键选择模型树节点Region，点击弹出菜单项Select → All Faces

• 图形窗口中点击鼠标右键，点击菜单项Assign Thermal → Opening → Free...

• 弹出对话框中保持默认设置，点击OK 按钮

3.7 生成网格

• 点击工具按钮Global Mesh Settings

• 如下图所示设置网格级别

• 网格尺寸保持默认设置

• 点击按钮Generate 生成网格

• 弹出对话框中调整参数，查看切面上的网格

剖面上网格如下图所示。

3.8 设置热仿真模型

• 点击按钮Setup

• 弹出的对话框中，进入General选项卡，如下图所示设置参数

• 进入Radiation选项卡，采用下图所示参数

• 进入Solver Settings选项卡，如下图所示设置参数，点击按钮Advanced Options打开高级设置对话框

• 如下图所示设置参数

3.9 指定监测点

• 右键选择节点Stock，点击弹出菜单项Assign Monitor → Point...

• 弹出对话框中，选中参数Temperature

3.10 双向耦合

• 右键选择节点Setup1，点击弹出菜单项Add-2-Way Coupling...

• 如下图所示设置参数

3.11 验证及计算

• 点击按钮Validate验证设置的参数

• 如下图所示表示参数设置没有问题，可以进行计算

• 点击按钮Analyze All开始计算

点击功能区按钮Results > Solution Data 打开对话框查看计算残差与监测的物理量

• 计算残差如下图所示

• 监测的温度

3.12 热平衡检查

• 点击按钮Fields Summary

• 如下图所示，添加Openning边界的热流量

• 相同方式添加coil及Stock 的热流量

• 计算得到的数据如下图所示

3.13 查看云图

• 右键选择模型树节点coil，点击菜单项Plot Fields → Temperature → Temperature

• 弹出对话框中激活选项Plot on surface only

• coil上的温度分布如下图所示

• 相同方式查看stock上的温度分布，如下图所示

3.14 查看速度矢量

• 如下图所示选中节点RelativeCS1:XZ

• 图形窗口点击右键菜单Plot Fields → Velocity → Velocity Vectors

• 速度矢量分布如下图所示

 

相关文件链接：见附件

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（完毕）