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El calentamiento por inducción ya no es sólo una palabra de moda en la industria, es una herramienta de precisión utilizada en sectores que van desde la automoción a la industria aeroespacial. El calentamiento por inducción implica una compleja multifísica: campos electromagnéticos que inducen corrientes que generan calor por efecto Joule. La simulación permite a los ingenieros optimizar los parámetros de diseño -como la geometría de las bobinas y las propiedades de los materiales- antes de crear prototipos de hardware, lo que ahorra tiempo y dinero.
Este blog demostrará cómo modelar el calentamiento por inducción utilizando dos potentes flujos de trabajo de simulación dentro de ANSYS. El modelo que se estudiará se muestra a continuación. Incluye la bobina que tiene corriente alterna fluyendo a través de ella, y un disco conductor al lado de la bobina. En el interior del disco se generarán corrientes parásitas que calentarán el disco. La temperatura en estado estacionario del disco se modelará en ANSYS.
Enfoque #1: Enlace Maxwell y Mecánica Térmica usando ANSYS System Coupling
Este enfoque requiere que los usuarios preparen un modelo Maxwell y un modelo térmico mecánico (en Workbench) y los vinculen con System Coupling.
Paso 1: Preparar el modelo Maxwell
Los usuarios pueden definir un material dependiente de la temperatura para el disco.
Una vez definidos los materiales, hay que definir la temperatura. Asegúrese de marcar las casillas «Incluir dependencia de la temperatura» y «Activar retroalimentación».
Una configuración de acoplamiento del sistema necesita ser agregada en el modelo Maxwell. Una vez hecho esto, el modelo Maxwell puede ser guardado y cerrado. En la carpeta del modelo Maxwell, se creará un archivo .scp que se utilizará más adelante.
Paso 2: Preparar el modelo Térmico Mecánico en Workbench
El modelo mecánico sólo necesitará incluir la geometría del disco. Las pérdidas de Maxwell serán mapeadas en el disco en Mechanical Thermal. Las condiciones de contorno se establecen como se muestra a continuación (sólo convección natural).
Los usuarios necesitan añadir una región de acoplamiento del sistema y asignar el cuerpo del disco a esa región.
Una vez asignada la región de acoplamiento del sistema, los usuarios deben escribir los archivos de acoplamiento del sistema en la carpeta donde se guarda el modelo. De forma similar a la preparación del modelo Maxwell, también se creará un archivo .scp en la carpeta del modelo Mechanical. A continuación, el modelo puede guardarse y cerrarse.
Paso 3: Vincular Maxwell y Mechanical con System Coupling
System Coupling es una herramienta de ANSYS que puede enlazar diferentes modelos para hacer simulación multifísica. Los archivos .scp previamente creados necesitan ser añadidos al System Coupling Setup.
Entonces se requiere una Interfaz de Acoplamiento: el lado Uno es AEDT y el lado Dos es Mecánico.
Lo siguiente es añadir dos DataTransfer. Uno es para transferir la temperatura, y el otro es para transferir la pérdida. Para más detalles sobre la configuración del modelo en System Coupling, por favor consulte el vídeo a continuación. Una vez que toda la configuración se ha completado, resolver el modelo de acoplamiento del sistema y que va a hacer un análisis de acoplamiento de 2 vías.
Paso 4: Comprobar los resultados
Los resultados de temperatura pueden mostrarse en Maxwell o en Mecánico.
Resultados del modelo Maxwell:
Resultados del modelo mecánico (Workbench): la distribución de temperatura es la misma que la de Maxwell.
Enfoque #2: Enlazar Maxwell y Mechanical Thermal dentro de ANSYS Electronics Desktop (AEDT)
Con este enfoque, los usuarios sólo necesitan utilizar una interfaz: AEDT. AEDT admite simulaciones térmicas Maxwell y mecánicas.
Paso 1: Crear el diseño mecánico de destino en AEDT
Una vez creado el modelo Maxwell, es necesario crear un diseño de destino.
A continuación, se creará automáticamente un modelo térmico mecánico. Las condiciones de contorno y las pérdidas mapeadas ya están añadidas.
Paso 2: Añadir acoplamiento de 2 vías
Es necesario añadir un acoplamiento de 2 vías. A continuación, se puede analizar el modelo mecánico.
Paso 3: Comprobar los resultados
Los resultados estarán disponibles en los modelos Maxwell y Mecánico.
Resultados del modelo Maxwell de origen:
Resultados del modelo Mecánico de destino: la distribución de temperatura es la misma que la del modelo Maxwell y también muy próxima a los resultados obtenidos con el enfoque de Acoplamiento de Sistemas.
Ambos enfoques pueden proporcionar resultados muy precisos. Para este ejemplo en particular, el acoplamiento dentro de AEDT será más fácil ya que los usuarios sólo tienen que centrarse en una interfaz. Por otro lado, la herramienta System Coupling es una herramienta muy potente que puede acoplar ANSYS Maxwell y Fluent.
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