求解高频负载下的电磁加热模型

解决方法编号: 1257
标题: 求解高频负载下的电磁加热模型
平台:
类别: 通用, 通用
关键字:

问题描述

我需要求解一个电磁与传热的多物理场耦合问题:其中,电磁场以恒定频率交变,其时间尺度与传热问题的时间尺度相比要小得多。另外,材料的电属性与温度相关,因此也随时间变化。对于此类问题,如何有效地设置并求解?

解决方法

背景

许多多物理场问题涉及的物理现象都具有不同的特征时间尺度。最常见的情况之一是电热加热。例如,我们来分析一个连接到电网的加热器。外加电压在 60 Hz 时发生变化,但您可能希望模拟几分钟或更长时间的加热情况。此外,电材料属性与温度相关,因此,电磁场的解会随着系统温度的升高而变化。然而,在时域求解这些控制方程相当耗时,我们几乎可以肯定,没必要这样做。

解决方法

当电磁载荷与解物理场在一个周期内呈(或非常接近)正弦变化时,我们无需求解该物理场的时域问题;相反,可以在频域求解电磁场,其中假设材料属性在一个周期内恒定,并且解物理场为时谐场。基于这些假设,我们可以将电磁物理场作为稳态问题进行求解,这种情况下的计算量相对较小,与此同时,仍求解温度场的时间演变。

具有“电磁热”特征的“多物理场”分支,其中包含循环平均载荷。

首先,模型树的多物理场分支下必须包含电磁热特征,如上面的屏幕截图所示。然后,在“多物理场”模型中添加频域-瞬态研究类型。仅当模型包含正确的“多物理场”耦合特征时,您才能使用这一研究类型。此研究支持“AC/DC 模块”、“MEMS 模块”、“RF 模块”或“波动光学模块”中的任何电磁接口。

各种“多物理场”研究类型,可用于求解涉及稳态或瞬态热问题的频域电磁问题。

如果您想要做一个简化假设,即电磁场的解与温度场完全无关,可以改用顺序频域-瞬态研究类型。该研究将首先求解电磁问题,然后在后续研究步骤中求解瞬态传热问题。

如果您要求解稳态温度场,可以使用频域-稳态研究类型。此研究可将与温度相关的材料属性引入电磁分析中。不仅如此,您还可以使用顺序频域-稳态研究类型,先求解频域电磁问题,然后求解稳态热问题。


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