ANSYS Maxwell涡流场分析案例.

1.训练后处理应用实例

本例中的涡流模型由一个电导率σ=106S/m,长度为100mm,横截面积为10×10m2的导体组成,导体通有幅值为100A、频率为60Hz、初始相位ф=120°的电流。

(一)启动Maxwell并建立电磁分析

1. 在windows系统下执行“开始”→“所有程序”→ANSYS Electromagnetic→ANSYS

Electromagnetic Suite 15.0→Windows 64-bit→Maxwell 3D命令,进入Maxwell软件界面。 2. 选择菜单栏中File→Save命令,将文件保存名为“training_post”

3. 选择菜单栏中Maxwell 3D→Solution Type命令,弹出Solution Type对话框

(1) Magnetic:eddy current (2) 单击OK按钮

4. 依次单击Modeler→Units选项,弹出Set Model Units对话框,将单位设置成m,并单

击OK按钮。 (二)建立模型和设置材料

1. 依次单击Draw→Box命令,创建长方体

在绝对坐标栏中输入:X=-5,Y=-5,Z=0,并按Enter键 在相对坐标栏中输入:dX=5,dY=5,dZ=100,并按Enter键 单击几何实体,左侧弹出属性对话框,重命名为:Cond 材料设置为conductor,电导率为σ=106S/m 2. 依次单击Draw→Box命令,创建长方体

在绝对坐标栏中输入:X=55,Y=-10,Z=40,并按Enter键 在相对坐标栏中输入:dX=75,dY=10,dZ=60,并按Enter键 单击几何实体,左侧弹出属性对话框,重命名为:aux 3. 依次单击Draw→Line

在绝对坐标栏中输入:X=0,Y=0,Z=0,并按Enter键

在相对坐标栏中输入:dX=0,dY=0,dZ=100,并按Enter键 名为line1

4. 依次单击Draw→line,生成长方形

对角点为(20,-20,50)、(-20,20,50),名为line2

5. 依次单击Draw→Region命令,弹出Region对话框,设置如下

?:Pad individual directions

(-100,-100,0)、(200,100,100)

(三)指定边界条件和源

1. 按f键,选择Cond与Region的交界面,依次单击菜单中的Maxwell 3D→Excitations→

Assign→Current命令,在对话框中填入以下内容: (1) Name:SourceIn (2) Value:100 A (3) Palse:120deg (4) 单击OK按钮

2. 按f键,选择Cond与Region的另一个交界面,依次单击菜单中的Maxwell 3D→

Excitations→Assign→Current命令,在对话框中填入以下内容: (5) Name:SourceIn (6) Value:100 A (7) Palse:120deg

(8) 按Swap Direction和OK按钮

(四)设置求解规则

1. 依次选择菜单栏中Maxwell 3D→Analysis Setup→Add Solution Setup命令,此时弹出

Solution Setup对话框,在对话框中设置:

(1) Maximum number of passes(最大迭代次数):10 (2) Percent Error(误差要求):1%

(3) Refinement per Pass(每次迭代加密剖分单元比例):50% (4) Solver>Adaptive Frequency(设置激励源的频率):60Hz (5) 单击OK按钮。

1. 依次选择菜单栏中的Maxwell 3D→Validation Check命令,此时弹出的对话框中,如果

全部项目都有?说明前处理操作没有问题;如果有?弹出,则需要重新检查模型;如果有!出现,则不会影响计算。

2. 依次选择Maxwell 3D→Analyze All命令,此时程序开始计算。

(五)后处理

依次单击Maxwell 3D>Fields>Calculator命令,弹出Fields Calculator对话框 1) 导体内的功率损耗(体积分)

方法一:

1.选择Input>Quantity>Ohmic Loss

2.选择Input>Geometry选择Volume,在列表中选择Cond,然后单击OK按钮 3.选择Scalar>∫Integrate 4.选择Output>Eval

5.得到Cond计算损耗约为5 方法二:

计算公式为

PCond1?J?J*????Re?dV ??2???Cond1.选择Input>Quantity>J,获得电流密度矢量J;

2.选择Push

3.选择General>Complex:Conj,求J的共轭;

4.选择Vector>Mtal,出现Material Operation窗口; 5.选择Conductivity、Divide;单击OK按钮 6.选择Vector>Dot

7.选择General>Complex:Real;

8.选择Input>Number,设置为Type:Scalar;Value:2;单击OK 9.选择General>/

10.选择Input>Geometry选择Volume,在列表中选择Cond,然后单击OK按钮 11.选择Scalar>∫Integrate 12.选择Output>Eval

13.得到Cond计算损耗约为5 2) 沿着导体路径的电压降(线积分)

计算电压降的实部:

计算公式为

UR??J?Re?????dl ??line11.选择Input>Quantity>J,获得电流密度矢量J;

2.选择Vector>Mtal,出现Material Operation窗口; 3.选择Conductivity、Divide;单击OK按钮 4.选择General>Complex:Real;

5.选择Input>Geometry选择Line,在列表中选择Line1,然后单击OK按钮 6.选择Vector>Tangent 7.选择Scalar>∫Integrate 8.选择Output>Eval

9.得到电压降的实部分量为0.05V 计算电压降的虚部:

计算公式为

UI??J?Im?????dl ??line11.选择Input>Quantity>J,获得电流密度矢量J;

2.选择Vector>Mtal,出现Material Operation窗口; 3.选择Conductivity、Divide;单击OK按钮 4.选择General>Complex:Imag;

5.选择Input>Geometry选择Line,在列表中选择Line1,然后单击OK按钮 6.选择Vector>Tangent 7.选择Scalar>∫Integrate 8.选择Output>Eval

9.得到电压降的实部分量为-0.0866V 理论计算电压降幅值为

3) 安培定律(线积分)

计算磁场强度的实部分量沿着线line2的线积分

1.选择Input>Quantity>H;

2.选择General>Complex:Real;

3.选择Input>Geometry选择Line,在列表中选择Line2,然后单击OK按钮 4.选择Vector>Tangent 5.选择Scalar>∫Integrate 6.选择Output>Eval 7.出现86.58A

实际电流的实部是100×sin120=86.58A

U?UR?UI?0.1V

22计算磁场强度的虚部分量沿着线line2的线积分

1.选择Input>Quantity>H;

2.选择General>Complex:Imag;

3.选择Input>Geometry选择Line,在列表中选择Line2,然后单击OK按钮 4.选择Vector>Tangent 5.选择Scalar>∫Integrate 6.选择Output>Eval 7.出现-49.98A

实际电流的虚部是100×cos120=50A 计算相位

1.选择Exch和Rlup操作,确认计算器顶部为-49.98A,接下来是86.58A 2.选择Trig|Atan2,得到相位为120.000 4) 计算磁通密度散度(体积分)

计算磁通密度的实部分量散度在aux上的体积分

1.选择Input>Quantity>B;

2.选择General>Complex:Real; 3.选择Vector>Divg

4.选择Input>Geometry选择Volume,在列表中选择aux,然后单击OK按钮 5.选择Scalar>∫Integrate 6.选择Output>Eval 7.出现-9.68×10-10A 计算磁通密度的虚部分量散度在aux上的体积分

1.选择Input>Quantity>B;

2.选择General>Complex:Imag; 3.选择Vector>Divg

4.选择Input>Geometry选择Volume,在列表中选择aux,然后单击OK按钮 5.选择Scalar>∫Integrate 6.选择Output>Eval 7.出现1.68×10-9A 5) 磁通量的计算(面积分)

磁通量实部的计算

1.选择Input>Quantity>B 2.选择Vector:Scal?>Scalar Y

3.选择General>Complex:Real;

4.选择Input>Geometry选择Volume,在列表中选择aux,然后单击OK按钮 5.General>Domain

6.选择Input>Geometry选择Surface,在列表中选择XZ,然后单击OK按钮 7.选择Scalar>∫Integrate 8.选择Output>Eval 9.出现5.06×10-8Wb 磁通量实部的计算

1.选择Input>Quantity>B 2.选择Vector:Scal?>Scalar Y

3.选择General>Complex:Imag;

4.选择Input>Geometry选择Volume,在列表中选择aux,然后单击OK按钮 5.General>Domain

6.选择Input>Geometry选择Surface,在列表中选择XZ,然后单击OK按钮 7.选择Scalar>∫Integrate 8.选择Output>Eval 9.出现-8.76×10-8Wb

磁通量的幅度为1.01×10-7Wb,进而可以获得导体与积分表面边界构成的矩形环之间的互感为

Lmutual?在环内感应电压的幅度为

?magI?1.01?10?9H

Vinduced?2?fLmutualI?3.81?10?5V

6) 计算总电阻损耗(体积分)

----Maxwell_v16_3D_WS02_BasicEddyCurrentAnalysis

1.选择Input>Quantity>Ohmic Loss

2.选择Input>Geometry选择Volume,在列表中选择Disk,然后单击OK按钮 3.选择Scalar>∫Integrate 4.选择Output>Eval

5.得到Disk计算损耗约为270.38W 7) 计算磁通量

----06_1_maxwell_eddycurrent_Asymmetric_Conductor

Bz_real

1.选择Input>Quantity>B 2.选择Vector:Scal?>Scalar Z

3.选择General>Complex:Real; 4.选择General>Smooth

注意:在特斯拉(Tesla)的单位中,流量密度将默认显示。如果您希望看到高斯单位的结果执行步骤5和步骤6,否则跳到第7步

5.选择Input>Number,设置为Type:Scalar;Value:10000;单击OK 6.General>*

7.选择Add和指定名称为Bz_real Bz_imag

8.选择Input>Quantity>B 9.选择Vector:Scal?>Scalar Z

10.选择General>Complex:Imag; 11.选择General>Smooth

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