电磁炉加热过程电磁-热耦合仿真
电磁炉加热过程电磁-热耦合仿真
电磁炉是日常生活中常见的家用电器，它是利用电磁感应原理对食物进行加热，电磁炉的托盘是陶瓷材料，交变电流在线圈中的产生磁场，电磁炉锅底放到托盘上，锅体底部切割磁力线产生涡流，从而使锅体本身发热，用来加热食物。
本案例采用INTESIM-Multiphysics分析软件，对电磁炉物体加热模型进行电磁-热耦合分析，首先建立涡流场分析，利用软件的耦合模块，模拟电磁生热到热场的物理量传递过程，查看整体的温度分布，最终得到电磁炉涡流场生热过程的温度分布，及被加热物体的温升。
案例所属物理场：多物理场INTESIM-Multiphysics
案例功能：涡流分析、电磁-热耦合、非匹配网格映射插值
分析类型：谐态分析、稳态分析
网格模型
电磁炉有限元模型如图1所示，电磁场网格与温度场网格是两套不同的网格，电磁场网格采用高阶四面体单元，温度场网格采用低阶四面体单元，有限元模型如图2所示。
对电磁炉锅体底部区域进行网格加密处理：
电磁场网格总数量：122138，节点总数量：164650；
热场网格总数量：26949，节点数量：6528。
图1 电磁炉有限元模型
图2 电磁炉温度场网格模型
材料参数
电磁炉的材料包括铜，锰锌铁氧体，陶瓷等各部件材料属性如表1所示：
表1 各部件材料属性
电磁场分析边界条件
电磁场分析需要建立空气域，空气域外表面施加磁通量平行边界，如图3蓝色高亮所示。
图3 磁通量平行加载图
线圈电流激励设置
电磁炉底部线圈类型为圆柱型，匝数为28圈，对线圈施加交变电流如图4所示，电磁炉工作频率设置为30kHz。
图4 线圈电流施加图
热分析边界条件
图5 热分析对流设置
耦合设置
本案例为电磁-热耦合分析，热分析基于电磁分析计算结果，通过点到面（bucket）的插值映射方法传递耦合数据，电磁场的热损耗结果通过体耦合传递至热场，耦合载荷传递量类型如图6所示。
图6 电磁热耦合载荷传递量类型图
仿真结果
电磁场计算结果
INTESIM计算得到线圈的电流密度如图7所示。
图7 线圈的电流密度
INTESIM计算得到锅体底部的涡流密度如图8所示。
图8 锅底的涡流密度
电磁炉的锅体底部热损耗如图9所示。
图9 锅体底部热损耗
热场计算结果
查看整体的温度分布如图10所示。
图10 整体的温度分布
查看锅体底部的温度分布如图11所示。
图11 锅体底部的温度分布
查看陶瓷的温度分布如图12所示。
图12 托盘的温度分布
总结
本案例使用INTESIM软件，基于涡流场分析、热场分析和非匹配网格映射插值等功能，实现了电磁-热耦合分析求解。仿真计算得到的热损耗和温度结果与对标软件结果基本吻合。本案例验证了INTESIM多物理场仿真模块中的电磁-热耦合仿真功能，对涡流场分析和热场分析及耦合仿真进行应用验证，能够为广大用户在电器领域中的电磁场、热场耦合仿真应用提供可行方案。
文章来源: 英特仿真INTESIM
