應(yīng)用 | 多物理場仿真準確預(yù)測電機性能

2016-11-03 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

在對眾多物理場相互作用的設(shè)計性能進行預(yù)測時,多物理場仿真起著至關(guān)重要的作用。ANSYS擁有眾多多物理場解決方案可用于洞察相關(guān)問題:例如用于弱或強耦合系統(tǒng)(單向或雙向)的熱與流體力/結(jié)構(gòu)位移研究的流固耦合(FSI)功能。電機中的多物理場相互作用包括電磁損耗和熱管理:

磁性材料的磁場能夠?qū)Σ牧线M行加熱。采用低頻仿真工具(本例中為ANSYS Maxwell)可以預(yù)測熱損耗。
熱量得到擴散,通過空氣、水或同時通過二者使系統(tǒng)得到冷卻。采用CFD工具(ANSYS Fluent)可以仿真熱管理。
熱管理性能可以影響磁性材料的溫度,進而影響電機性能。

觀看ANSYS Maxwell與ANSYS Fluent之間進行耦合的逐步演示。

如果進行單物理場仿真,則只能假定(但不確定)磁性材料的溫度,這有可能導(dǎo)致電機性能預(yù)測錯誤。本例中誤差高達18%。

應(yīng)用 | 多物理場仿真準確預(yù)測電機性能ansys workbanch圖片1

此視圖為電機模型截面,其中包括定子、轉(zhuǎn)子、磁體以及水冷卻用的管子。

應(yīng)用 | 多物理場仿真準確預(yù)測電機性能ansys仿真分析圖片2

ANSYS Maxwell可用于計算電機的電磁性能。此圖顯示了磁性材料的熱損耗。氣冷卻和水冷卻系統(tǒng)(圖中未顯示)能夠抽取所產(chǎn)生的熱量,以確保電機正常運行。

應(yīng)用 | 多物理場仿真準確預(yù)測電機性能ansys仿真分析圖片3

在該仿真中,ANSYS Fluent可用于計算電機磁性材料的溫度以及周圍冷卻液(冷卻水)的溫度。ANSYS Maxwell則可用于計算磁性材料的熱損耗。熱損耗在ANSYS Fluent中被定義為能源。

如果不連接相應(yīng)工具,管理此類仿真會變得比較復(fù)雜。ANSYS提供業(yè)界領(lǐng)先的解決方案可用于解決這一挑戰(zhàn):

2D還是3D? ANSYS Maxwell低頻仿真可以在2D或3D模式下執(zhí)行。無論您采取哪種策略,都可以將熱損耗映射到ANSYS Fluent中的3D CFD仿真。
穩(wěn)態(tài)還是非穩(wěn)態(tài)? 熱管理仿真的時間尺度遠大于電機時間尺度(秒與毫秒的差別)。單純執(zhí)行完全耦合的非穩(wěn)態(tài)多物理場仿真在時間方面讓人無法接受。解決方法是運行非穩(wěn)態(tài)的Maxwell低頻仿真,用時間平均法處理熱損耗,然后在ANSYS Fluent中執(zhí)行穩(wěn)態(tài)CFD仿真。
如何輕松管理多物理場仿真? 將信息從一個物理場求解器發(fā)送到另一個、然后根據(jù)需要加入結(jié)果可能會讓人望而生畏。ANSYS Workbench可以通過自動執(zhí)行這些復(fù)雜的任務(wù)輕松解決這些難題。只需將關(guān)鍵仿真工具拖放到ANSYS Workbench環(huán)境窗口即可創(chuàng)建多物理場仿真。

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