Liberando o poder da simulação de aquecimento indutivo com ANSYS

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O aquecimento indutivo não é mais apenas um chavão industrial – é uma ferramenta de precisão usada em todos os setores, do automotivo ao aeroespacial. O aquecimento por indução envolve multifísica complexa: campos eletromagnéticos induzindo correntes que geram calor por meio do efeito Joule. A simulação permite que os engenheiros otimizem os parâmetros do projeto – como a geometria da bobina e as propriedades do material – antes dos protótipos de hardware, economizando tempo e custos.

Este blog demonstrará como modelar o aquecimento por indução usando dois poderosos fluxos de trabalho de simulação no ANSYS. O modelo que será estudado é mostrado abaixo. Ele inclui a bobina que tem corrente alternada fluindo através dela e um disco condutor próximo à bobina. A corrente parasita será gerada dentro do disco e, portanto, aquecerá o disco. A temperatura de estado estável do disco será modelada no ANSYS.

Abordagem nº 1: Vincular Maxwell e Mechanical Thermal usando o acoplamento de sistema ANSYS

Essa abordagem exige que os usuários preparem um modelo Maxwell e um modelo Mechanical Thermal (no Workbench) e os vinculem com o System Coupling.

Etapa 1: Preparar o modelo Maxwell

Os usuários podem definir um material dependente da temperatura para o disco.

Depois que os materiais estiverem todos definidos, a temperatura precisa ser definida. Certifique-se de marcar as caixas “Include Temperature Dependence” (Incluir dependência da temperatura) e “Enable Feedback” (Ativar feedback).

Uma configuração de acoplamento de sistema precisa ser adicionada ao modelo Maxwell. Depois que isso for feito, o modelo Maxwell poderá ser salvo e fechado. Na pasta do modelo Maxwell, será criado um arquivo .scp que será usado posteriormente.

Etapa 2: Preparar o modelo Mechanical Thermal no Workbench

O modelo Mechanical precisará incluir apenas a geometria do disco. As perdas de Maxwell serão mapeadas para o disco no Mechanical Thermal. As condições de contorno são definidas conforme mostrado abaixo (somente convecção natural).

Os usuários precisam adicionar uma região de acoplamento do sistema e atribuir o corpo do disco a essa região.

Depois que a região de acoplamento do sistema for atribuída, os usuários precisarão gravar os arquivos de acoplamento do sistema na pasta onde o modelo está salvo. Semelhante à preparação do modelo Maxwell, um arquivo .scp também será criado na pasta do modelo Mechanical. Agora, o modelo pode ser salvo e fechado.

Etapa 3: Vincular o Maxwell e o Mechanical com o acoplamento do sistema

O System Coupling é uma ferramenta do ANSYS que pode vincular diferentes modelos para fazer a simulação multifísica. Os arquivos .scp criados anteriormente precisam ser adicionados ao System Coupling Setup.

Em seguida, é necessária uma interface de acoplamento: o lado um é AEDT e o lado dois é Mechanical.

A próxima coisa a fazer é adicionar dois DataTransfer. Um deles é para transferir a temperatura e o outro é para transferir a perda. Para obter mais detalhes sobre a configuração do modelo no System Coupling, consulte o vídeo abaixo. Quando toda a configuração estiver concluída, resolva o modelo do System Coupling e ele fará uma análise de acoplamento bidirecional.

Etapa 4: Verifique os resultados

Os resultados da temperatura podem ser exibidos em Maxwell ou Mechanical.

Resultados do modelo Maxwell:

Resultados do modelo Mechanical (Workbench): a distribuição de temperatura é a mesma que a de Maxwell.

Abordagem nº 2: Vincular o Maxwell e o Mechanical Thermal dentro do ANSYS Electronics Desktop (AEDT)

Com essa abordagem, os usuários só precisam usar uma interface: AEDT. O AEDT é compatível com as simulações Maxwell e Mechanical Thermal.

Etapa 1: criar um projeto mecânico de destino no AEDT

Depois que o modelo Maxwell é criado, é necessário criar um Target Design.

Um modelo Mechanical Thermal será então criado automaticamente. As condições de contorno e as perdas mapeadas já foram adicionadas.

Etapa 2: Adicionar acoplamento de 2 vias

É necessário adicionar um acoplamento de duas vias. Depois disso, o modelo mecânico pode ser analisado.

Etapa 3: Verificar os resultados

Os resultados estarão disponíveis nos modelos Maxwell e Mechanical.

Resultados do modelo Maxwell de origem:

Resultados do modelo Mechanical de destino: a distribuição de temperatura é a mesma do modelo Maxwell e também muito próxima dos resultados obtidos com a abordagem System Coupling.

Ambas as abordagens podem fornecer resultados muito precisos. Para esse exemplo específico, o acoplamento dentro do AEDT será mais fácil, pois os usuários só precisam se concentrar em uma interface. A ferramenta System Coupling, por outro lado, é uma ferramenta muito poderosa que pode acoplar o ANSYS Maxwell e o Fluent.

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