Maxwell与Fluent电磁热流耦合分析

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AStep3：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。

Step2：求解计算。

右键单击Project Manager中的Analysis→Setup1命令，在弹出的快捷菜单中选择如图14-184所示的Analyze命令，进行求解计算，求解需要一定的时间。

图14-183模型检查图14-184求解模型14.5.8后处理Step1：显示磁场分布云图。

求解完成后，选中几何模型树中的Planes→Global：XZ平面，单击右键在弹出如图14-185所示的快捷菜单中选择Field→H→Mag_H命令，此时将弹出Create Field Plot对话框。

图14-185后处理操作Step2：在弹出如图14-186所示的Create Field Plot对话框中的Quantity中选择Mag_H，在In Volume中选择AllObject。

并单击Done按钮如图14-186所示。

图14-185选择后处理实体图14-186磁场分布云图Step3：同理操作如图14-187所示为磁场矢量图。

图14-187磁场矢量图Step4：钢块的涡电流密度分布云图如图14-188所示。

Step5：钢块损耗分布。

选中Box4，单击右键在弹出的快捷菜单中依次选择Field→Other→Ohmic-Loss命令，如图14-189所示为Box4的损耗分布。

图14-188涡电流密度分布云图图14-189后处理操作Step6：选择Maxwell 3D→Fields→Calculator…，在弹出如图14-190所示计算器中作如下操作：单击Quantity按钮，在下拉列表中选择Ohmic Loss选项；单击Geometry…按钮，在弹出的Geometry对话框中点选Volume，然后选择Box4选项，并单击OK按钮；单击∫按钮，最后单击Eval按钮进行计算，计算得到的损耗值为221.7w。

图14-190总损耗值Step7：关闭Maxwell平台。

14.5.9创建流体力学分析和数据共享Step1：回到Workbench窗口中，在如图14-191所示的表格A4（Solution）上单击右键，在弹出的快捷菜单中选择Transfer Data To New→Fluid Flow (FLUENT)命令，此时会在A表的右侧出现一个B表，同时出现A4与B4连接曲线，这说明A4的结果数据可以作为B4的外载荷使用。

图14-191创建耦合的流体动力分析模型Step2：几何模型数据读入。

单击A2（Geometry）直接拖拽到B2（Geometry）栏中如图14-192所示。

图14-192几何数据传递14.5.9DM中几何数据文件Step1：双击项目B中的B2（Geometry）进入如图14-193所示的流体分析环境，此时启动了DM软件。

选择mm单位，并单击OK按钮。

图14-193几何创建平台Step2：在DesignModeler平台的工具栏中单击按钮生成几何文件。

Step3：此时模型文件已经成功显示在DM软件中，如图14-194所示，。

Step4：抑制几何。

单击Box3和Box5两个文件名，单击右键，在弹出的如图14-195所示的快捷菜单中选择Suppress Body命令。

图14-194几何模型图14-195 抑制几何模型Step5：创建流体域。

单击工具栏中的Tools→Enclosure命令，在弹出的如图14-196所示的面板中作如下操作：在Shape栏中选择Cylinder选项，设置区域类型为圆柱；在Cylinder Alignment栏中选择Z-Axis选项，设置圆柱方向为沿着Z轴；在FD1，Cushion…栏中输入50；在FD2，Cushion…栏中输入500；在FD3，Cushion…栏中输入500；在Target Bodies栏中选择Selected Bodies选项；在Bodies栏中选择实体，此时Bodies栏中显示1，表示一个实体被选中，其余默认即可，并单击工具栏中按钮完成流体域的创建，如图14-197所示。

图14-196 创建流体域图14-197 流体域Step6：平面命名inlet。

选择几何实体的左侧（Z坐标最小处）面，单击右键，在弹出的如图14-198所示快捷菜单中选择Named Selection命令：在出现的Details View面板中的Named Selection栏中输入inlet；在Geometry栏中单击Apply按钮，此时Geometry栏中出现1Face字样，表示一个面被选中；其余保持默认，单击工具栏中的按钮确定平面命名。