Maxwell与Fluent电磁热流耦合分析介绍

14.5耦合实例4——Maxwell和FLUENT电磁热流耦合

例，

14.5.1

析钢块在上述工况下的温度场分布情况、风的流线图及风的温度分布云图。

图14-164几何模型

14.5.2软件启动与保存

Step1：启动Workbench。如图14-165所示，在Windows XP下单击“开始”→“所有程序”→ANSYS14.0→Workbench 14.0命令，即可进入Workbench主界面。

图14-165 Workbench启动方法

Step2：保存工程文档。进入Workbench后，单击工具栏中的按钮，将文件保

存为“MagtoThemtoFluid”，单击Getting Started窗口右上角的（关闭）按钮将其关闭。

注意：本节算例需要用到ANSOFT Maxwell14.0软件，请读者进行安装；

由于ANSOFT Maxwell软件不支持保存路径中存在中文名，故在进行文档保存时，保存的路径不不能含有中文字符，否则会发生错误。

14.5.3导入几何数据文件

Step1：创建几何生成器。如图14-166所示，在Workbench左侧Toolbox（工具箱）的Analysis Systems中单击Maxwell 3D并按住左键不放将其拖到右侧的Project Schematic窗口中，此时即可创建一个如同EXCEL表格的项目A。

Step2：双击A2（Geometry）进入如图14-167所示的电磁分析环境，此时启动了Maxwell 3D软件。

图14-166项目A

Step3：依次选择菜单Modeler→Import，在出现的Import File对话框中选择ThermaltoFluid.x_t几何文件，并单击打开按钮。

图14-167电磁分析环境

Step4：此时模型文件已经成功显示在Maxwell软件中，如图14-168所示，同时弹出Modal Analysis对话框，在对话框左侧的栏中显示的几何图形为Good表示数据读取无误，单击Close按钮。

图14-168读取的模型

Step5：选中图中的外面的立方体几何，如图14-169所示，然后进行如下操作：

选中外面的立方体，使其处于加亮状态；

单击Properties栏中的Transparent后面的按钮；

在弹出的对话框中将滑块从0位置移动到1的位置，这是外面的立方体几何将变成透明状态。

图14-169设置透明度

14.5.4求解器与求解域的设置

Step1：设置求解器类型。如图14-170所示，选择菜单栏中的Maxwell 3D→Solution Type…命令。

Step2：在弹出如图14-171所示的Solution Type对话框中选择Eddy Current（涡电流分析），单击OK按钮关闭Solution Type的对话框。

图14-170设置求解器类型图14-171确定求解器类型

14.5.5赋予材料属性

Step1：赋予材料属性。在模型树中选择Box3模型名，单击右键在弹出的快捷菜单中选择Assign Material…命令，如图14-172所示，此时会弹出Select Definition对话框。

Step2：在如图14-173所示的Select Definition对话框中选择Aluminum材料并单击“确定”按钮，此时模型树中Box3的上级菜单由Not Assigned变成Aluminum，求解域默认为真空Vacuum。

图14-172赋予材料属性图14-173材料库

Step3：同样，如图14-174所示，将Box4模型设置为steel stainless。

图14-174材料库

Step4：同样，如图14-175所示，将Box5模型设置为Vacuum。

图14-175材料库

14.5.6添加激励

Step1：创建激励。单击键盘f键，然后用鼠标左键选择如图14-176所示一个端面，单击右键在弹出的快捷菜单中选择Assigned Excitation→Current命令。

图14-176创建激励

Step2：此时会弹出如图14-177所示Current Excitation对话框，在该对话框作如下输入：在Value中输入500；

在后面的单位选项栏中选择A；

在Type栏中选择Stranded，单击OK按钮，完成参数的设置。

Step3：同样，将线圈另外一个端面也设置为500A的电流，与上面操作步骤不同之处为：此处的电流方向设置为子里向外的，如图14-178所示，此时只需单击Swap Direction按钮即可完成相应的操作。

图14-177设置激励数值图14-178设置激励

Step4：右键单击Box4，如图14-179所示，在弹出的快捷菜单中依次选择Assign Excitation →Set Eddy Effects…命令，并勾选弹出的对话框中的Box4项，设置涡流效应。

图14-179涡流设置

Step5：选择Box4几何，右键单击Project Manager→Mesh Operation，在弹出如图14-180所示快捷菜单中依次选择Assign→On Selection→Skin Depth Based…，在弹出的对话框中如图下设置：

在Skin Depth Based Refinement对话框中单击Calculate Skin Depth…命令；

在弹出的Calculate Skin Depth对话框中的Frequency栏中输入2500，单位选择Hz，并单击OK按钮；

在Skin Depth Based Refinement对话框中单击OK按钮。

图14-180集肤深度

Step6：右键单击Project Manager→Analysis，如图14-181所示，在弹出的快捷菜单中选择Add Solution Setup命令，添加求解器。

Step7：此时弹出如图14-182所示求解器设置对话框，选择Solve选项卡，在选项卡中作如下设置：

在Adaptive Frequency栏中输入2500，设置频率为2500Hz；

勾选Use higher order shape function选项，选择高级形函数；

其余保持默认，单击确定按钮。

图14-181添加求解器图14-182求解器设置

14.5.7模型检查与计算

通过上面的操作步骤，有限元分析的前处理工作全部结束，为了保证求解能顺利完成计算，需要先检查一下前处理的所有操作是否正确。

Step1：模型检查。单击工具栏上的按钮出现如图14-183所示的Validation Check 对话框，绿色对号说明前面的基本操作步骤没有问题。

注意：如果出现了，说明前处理过程中某些步骤有问题，请根据右侧的提示信息进行检查。