平行通電ワイヤの電熱シミュレーション

使用ツール:

並列通電ワイヤ

この例では、EMS における結合解析の機能を、図 1 に示すように 2 本の平行ワイヤの単純な例で扱います。熱解析と結合した過渡磁気シミュレーションが解かれました。このシミュレーションにより、EM によって生成されたオーミック加熱が熱場に伝達されることを検証できます。

図 1 -シミュレーション例の CAD モデル

過渡磁気解析は、低周波電磁ドメインまたは領域に属します。すなわち、変位電流は無視されます。時間とともに変化する磁場を計算します。これらのフィールドは通常、電流または電圧のサージによって発生します。このタイプの分析には、線形または非線形があります。また、渦電流、電力損失、磁力にも対処します。

シミュレーションのセットアップ

EMS で熱解析と組み合わせた過渡磁気スタディを作成した後、常に次の 4 つの重要な手順に従う必要があります。

1. すべてのソリッド ボディに適切なマテリアルを適用する
2. 必要な電磁入力を適用します
3. 必要な熱入力を適用します
4. モデル全体をメッシュ化し、ソルバーを実行する

材料

表 1 に、ワイヤの材料特性を示します。

表 1 -材料特性

電磁入力

この研究では、パルス電流が各ワイヤに同じ方向に印加されます。図 2 は、パルスの励起電流曲線を示しています。

メッシング

メッシングは、設計解析において非常に重要なステップです。 EMS は、モデルの体積、表面積、およびその他の幾何学的詳細を考慮して、モデルの全体的な要素サイズを推定します。生成されるメッシュのサイズ (節点と要素の数) は、モデルのジオメトリと寸法、要素サイズ、メッシュ許容値、およびメッシュ コントロールによって異なります。おおよその結果で十分な設計解析の初期段階では、解析を高速化するために、より大きな要素サイズを指定できます。より正確な解を得るには、より小さい要素サイズが必要になる場合があります。図 3 と 4 は、それぞれメッシュの詳細と最終的なメッシュを示しています。

電磁熱結果

設定が完了したら、熱解析と組み合わせた過渡磁気シミュレーションを正常に実行すると、電気的および熱的な過渡結果が生成されます。熱解析の合計時間は、時間増分として 0.002 秒で 0.03 秒に設定されます。下の図は、0.006 秒での総電流密度 (印加電流 + 誘導電流) の 3D プロットです。

2 本のワイヤに熱として現れる固体損失は、図 6 に示すように励磁電流の同じ挙動を示します。したがって、温度変化は、図 7 に示すように固体損失の変化にも追従します。結果は、 [1] とよく一致します。

結論

EMS は、磁束分布と温度分布の両方を調査できる、結合された電気と熱の問題を解決できます。これは、高電圧送電に多くの用途があります。

参考文献

[1]: William Lawson and Anthony Johnson: “A simple Weak-Field Coupling Benchmark Test of the Electromagnetic-Thermal- Structural Solution Capabilities Of LS-DYNA Using Parallel Current Wires “