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유도 가열은 더 이상 단순한 산업 용어가 아니라 자동차에서 항공 우주에 이르기까지 다양한 분야에서 사용되는 정밀 도구입니다. 유도 가열은 전자기장이 전류를 유도하여 줄 효과를 통해 열을 발생시키는 복잡한 다중 물리학을 수반합니다. 엔지니어는 시뮬레이션을 통해 하드웨어 프로토타입을 제작하기 전에 코일 형상 및 재료 특성과 같은 설계 파라미터를 최적화하여 시간과 비용을 모두 절약할 수 있습니다.
이 블로그에서는 ANSYS의 두 가지 강력한 시뮬레이션 워크플로를 사용하여 유도 가열을 모델링하는 방법을 보여줍니다. 연구할 모델은 아래와 같습니다. 여기에는 교류 전류가 흐르는 코일과 코일 옆에 전도성 디스크가 포함되어 있습니다. 디스크 내부에 와전류가 발생하여 디스크가 가열됩니다. 디스크의 정상 상태 온도는 ANSYS에서 모델링됩니다.
접근 방식 #1: ANSYS 시스템 커플링을 사용하여 맥스웰과 기계 열을 연결하기
이 접근 방식에서는 사용자가 하나의 맥스웰 모델과 하나의 기계 열 모델(Workbench에서)을 준비한 후 이를 시스템 커플링과 연결해야 합니다.
1단계: 맥스웰 모델 준비
사용자는 디스크의 온도에 따라 달라지는 재질을 정의할 수 있습니다.
자료가 모두 설정된 후에는 온도를 설정해야 합니다. “온도 의존성 포함” 및 “피드백 활성화” 확인란을 선택해야 합니다.
맥스웰 모델에 시스템 커플링 설정을 추가해야 합니다. 이 작업이 완료되면 Maxwell 모델을 저장하고 닫을 수 있습니다. 맥스웰 모델 폴더에 .scp 파일이 생성되며 나중에 사용됩니다.
2단계: 워크벤치에서 기계 열 모델 준비하기
기계식 모델에는 디스크 지오메트리만 포함하면 됩니다. 맥스웰의 손실은 Mechanical Thermal에서 디스크에 매핑됩니다. 경계 조건은 아래와 같이 설정됩니다(자연 대류만 해당).
사용자는 시스템 커플링 영역을 추가하고 해당 영역에 디스크 본문을 할당해야 합니다.
시스템 결합 영역이 할당된 후 사용자는 모델이 저장된 폴더에 시스템 결합 파일을 작성해야 합니다. 맥스웰 모델 준비와 마찬가지로 기계 모델 폴더에 .scp 파일도 생성됩니다. 이제 모델을 저장하고 닫을 수 있습니다.
3단계: 시스템 커플링으로 맥스웰과 메카니컬 연결하기
시스템 커플링은 서로 다른 모델을 연결하여 다중 물리 시뮬레이션을 수행할 수 있는 ANSYS 도구입니다. 이전에 생성한 .scp 파일을 시스템 커플링 설정에 추가해야 합니다.
그런 다음 하나의 커플링 인터페이스가 필요합니다. 측면 1은 AEDT, 측면 2는 기계식입니다.
다음으로 할 일은 두 개의 데이터 전송을 추가하는 것입니다. 하나는 온도를 전송하는 것이고 다른 하나는 손실을 전송하는 것입니다. 시스템 커플링의 모델 설정에 대한 자세한 내용은 아래 동영상을 참조하세요. 모든 설정이 완료되면 시스템 커플링 모델을 풀면 양방향 커플링 분석이 수행됩니다.
4단계: 결과 확인
온도 결과는 맥스웰 또는 기계식 중 하나로 표시할 수 있습니다.
맥스웰 모델의 결과입니다:
기계적 모델(워크벤치)의 결과: 온도 분포는 맥스웰의 결과와 동일합니다.
접근 방식 #2: ANSYS 전자 데스크톱(AEDT) 내부에서 맥스웰과 기계 열을 연결합니다.
이 접근 방식을 사용하면 사용자는 하나의 인터페이스만 사용하면 됩니다: AEDT. AEDT는 맥스웰 및 기계 열 시뮬레이션을 모두 지원합니다.
1단계: AEDT에서 타겟 기계 설계 만들기
맥스웰 모델을 생성한 후에는 타겟 설계를 생성해야 합니다.
그러면 기계 열 모델이 자동으로 생성됩니다. 경계 조건과 매핑된 손실이 이미 추가되어 있습니다.
2단계: 양방향 커플링 추가
양방향 커플링을 추가해야 합니다. 그 후에 기계적 모델을 분석할 수 있습니다.
3단계: 결과 확인
결과는 맥스웰 모델과 기계식 모델 모두에서 확인할 수 있습니다.
소스 맥스웰 모델의 결과:
대상 기계 모델의 결과: 온도 분포는 맥스웰 모델의 결과와 동일하며 시스템 커플 링 접근 방식에서 얻은 결과와도 매우 유사합니다.
두 접근 방식 모두 매우 정확한 결과를 제공할 수 있습니다. 이 특정 예제에서는 사용자가 하나의 인터페이스에만 집중하면 되므로 AEDT 내부의 커플링이 더 쉬워집니다. 반면에 시스템 커플링 툴은 ANSYS Maxwell과 Fluent를 결합할 수 있는 매우 강력한 툴입니다.
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