Entfaltung der Leistungsfähigkeit der Induktionserwärmungssimulation mit ANSYS

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Induktionserwärmung ist nicht mehr nur ein industrielles Schlagwort – es ist ein Präzisionswerkzeug, das in allen Bereichen von der Automobilindustrie bis zur Luft- und Raumfahrt eingesetzt wird. Die Induktionserwärmung beruht auf einer komplexen Multiphysik: elektromagnetische Felder induzieren Ströme, die über den Joule-Effekt Wärme erzeugen. Die Simulation ermöglicht es den Ingenieuren, Konstruktionsparameter wie Spulengeometrie und Materialeigenschaften zu optimieren, bevor Hardware-Prototypen hergestellt werden, was sowohl Zeit als auch Kosten spart.

In diesem Blog wird gezeigt, wie die Induktionserwärmung mit Hilfe von zwei leistungsstarken Simulationsworkflows in ANSYS modelliert werden kann. Das zu untersuchende Modell ist unten abgebildet. Es umfasst die Spule, die von Wechselstrom durchflossen wird, und eine leitende Scheibe neben der Spule. Im Inneren der Scheibe wird Wirbelstrom erzeugt, der die Scheibe erwärmt. Die Temperatur der Scheibe im stationären Zustand wird in ANSYS modelliert.

Ansatz #1: Verknüpfung von Maxwell und Mechanical Thermal mit ANSYS System Coupling

Dieser Ansatz erfordert, dass der Benutzer einn Maxwell-Modell undd einn Mechanical Thermal-Modell (in Workbench) erstellt undd sie mit System Coupling verknüpft.

Schritt 1: Vorbereiten des Maxwell-Modells

Der Benutzer kann ein temperaturabhängiges Material für die Scheibe definieren.

Nachdem alle Materialien festgelegt sind, muss die Temperatur eingestellt werden. Achten Sie darauf, die Kästchen „Temperaturabhängigkeit einbeziehen“ und „Rückkopplung aktivieren“ zu markieren.

Eine Systemkopplung muss dem Maxwell-Modell hinzugefügt werden. Nachdem dies geschehen ist, kann das Maxwell-Modell gespeichert und geschlossen werden. Im Ordner des Maxwell-Modells wird eine .scp-Datei erstellt, die später verwendet wird.

Schritt 2: Vorbereiten des mechanisch-thermischen Modells in Workbench

Das mechanische Modell muss nur die Scheibengeometrie enthalten. Die Verluste aus Maxwell werden in Mechanical Thermal auf die Scheibe abgebildet. Die Randbedingungen werden wie unten gezeigt festgelegt (nur natürliche Konvektion).

Die Benutzer müssen eine Systemkopplungsregion hinzufügen und den Festplattenkörper dieser Region zuweisen.

Nachdem die Systemkopplungsregion zugewiesen wurde, müssen die Benutzer die Systemkopplungsdateien in den Ordner schreiben, in dem das Modell gespeichert ist. Ähnlich wie bei der Vorbereitung des Maxwell-Modells wird auch im Ordner des mechanischen Modells eine .scp-Datei erstellt. Nun kann das Modell gespeichert und geschlossen werden.

Schritt 3: Verknüpfung von Maxwell und Mechanical mit Systemkopplung

System Coupling ist ein ANSYS-Werkzeug, mit dem verschiedene Modelle miteinander verknüpft werden können, um Multiphysik-Simulationen durchzuführen. Die zuvor erstellten .scp-Dateien müssen zum System Coupling Setup hinzugefügt werden.

Dann ist eine Kopplungsschnittstelle erforderlich: Seite Eins ist AEDT und Seite Zwei ist Mechanical.

Als nächstes müssen zwei DataTransfer hinzugefügt werden. Der eine ist für die Übertragung der Temperatur, der andere für die Übertragung des Verlustes. Weitere Einzelheiten über die Einrichtung des Modells in System Coupling finden Sie in dem unten stehenden Video. Sobald alle Einstellungen abgeschlossen sind, lösen Sie das Systemkopplungsmodell und es wird eine 2-Wege-Kopplungsanalyse durchgeführt.

Schritt 4: Prüfen Sie die Ergebnisse

Die Temperaturergebnisse können entweder in Maxwell oder Mechanical angezeigt werden.

Ergebnisse aus dem Maxwell-Modell:

Ergebnisse des mechanischen Modells (Workbench): Die Temperaturverteilung ist dieselbe wie die des Maxwell-Modells.

Ansatz #2: Verknüpfung von Maxwell und Mechanical Thermal in ANSYS Electronics Desktop (AEDT)

Bei diesem Ansatz müssen die Benutzer nur eine Schnittstelle verwenden: AEDT. AEDT unterstützt sowohl Maxwell- als auch mechanische thermische Simulationen.

Schritt 1: Erstellen des mechanischen Zielentwurfs in AEDT

Nachdem das Maxwell-Modell erstellt wurde, muss ein Target Design erstellt werden.

Ein mechanisch-thermisches Modell wird dann automatisch erstellt. Die Randbedingungen und abgebildeten Verluste sind bereits hinzugefügt.

Schritt 2: Hinzufügen einer 2-Wege-Kopplung

Es muss eine 2-Wege-Kupplung hinzugefügt werden. Danach kann das mechanische Modell analysiert werden.

Schritt 3: Überprüfung der Ergebnisse

Die Ergebnisse sind sowohl im Maxwell- als auch im mechanischen Modell verfügbar.

Ergebnisse aus dem Ausgangsmodell Maxwell:

Ergebnisse des mechanischen Zielmodells: Die Temperaturverteilung ist dieselbe wie die des Maxwell-Modells und kommt den Ergebnissen des Systemkopplungsansatzes sehr nahe.

Beide Ansätze können sehr genaue Ergebnisse liefern. Für dieses spezielle Beispiel ist die Kopplung innerhalb von AEDT einfacher, da der Benutzer sich nur auf eine Schnittstelle konzentrieren muss. Das Systemkopplungswerkzeug hingegen ist ein sehr leistungsfähiges Werkzeug, das ANSYS Maxwell und Fluent koppeln kann.

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