耦合分析 — 电磁-热耦合 — 文章目录
电磁-热耦合是以电磁场引起的焦耳损耗、介电损耗、磁滞损耗为热源求解温度场，再把随温度变化的物性（电导率、磁导率）反馈给电磁场一侧的分析。感应加热、射频加热、无线供电、焊接等应用范围很广，共同点是“损耗分布的精度直接决定温度预测的精度”。由于趋肤效应使发热集中在表面几毫米，能分辨趋肤深度的网格是电磁一侧的必要条件。
其中《感应加热分析》和《电弧焊接电磁-热耦合》属于制造工艺类，《无线充电的电磁-热解析》和《射频加热仿真》属于电子设备和高频类。频率越高，电磁与热的时间尺度差距越大，因此“电磁一侧用频域、热一侧用时域求解的弱耦合加时间平均损耗”成为常规做法。
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- 电弧焊接电磁-热耦合
对TIG电弧计算了电流从自身磁场受到的力（箍缩力）大小。150 A时电极附近压力为2,865 Pa，由此喷出的等离子流约518 m/s，压向母材的压力为179 Pa。电流加倍压力变为4倍。 - 介电加热分析
对介电损耗因子随温度增大（每K 2%）的材料以2.45 GHz加热，计算了温度稳定与失控的分界。厚10 mm的板在电场3,000 V/m时温升稳定在25.6 K，但超过临界值3,286 V/m后不再停止， - 涡电流损失加热
计算了变压器和电机铁心中不希望的涡流产生多少热。硅钢片（1.5 T）的涡流损耗在50 Hz下板厚0.35 mm为0.30 W/kg、1.0 mm为2.42 W/kg，按板厚平方增加。 - 涡流制动器的发热分析
导体板（翅片）穿过磁铁间隙时，板中流过涡流，动能转变为热。以厚5 mm铝板、磁通密度0.3 T、磁极面积0.01 m²为例，低速时力与速度成正比（1 m/s时75 N），约4.6 m/s时达到最大约180 N， - 电磁成形时的发热解析
以10 kJ（200 μF、10 kV）放电进行电磁成形时，计算了电流集中在趋肤层引起的发热。一次放电使铝管（厚1 mm）升温约32 K，铜线圈表层升温约23 K，线圈积热189 J。 - 感应加热分析
直径100 mm钢棒以1 kHz感应加热的电磁-热耦合算例。表面磁场恒定时，电阻率上升使功率从0.70增到1.66 MW/m²，但33秒超过居里点后降到0.14 MW/m²，与辐射损失平衡，表面停在1,057℃。 - 焦耳加热的电磁-热耦合分析
焦耳加热的电磁-热耦合分析，考虑电流和温度变化的相互作用的数值计算方法和实务应用。电磁场分析、热分析的耦合仿真。 - 微波加热仿真
用算例讲解微波加热的电磁-热耦合。2.45 GHz时功率降到1/e的深度：水17 mm、牛肉8 mm、冰11.6 m，915 MHz时约深2.7倍；电场1 kV/m时水每秒升温0.33 K；对介电损耗随温度增大的材料， - 微波加热分析
2.45 GHz微波加热的速度与介电损耗因子ε''成正比。电场1 kV/m时，20℃的水每秒升温0.33 K，肉类等食品升温0.56 K，冰几乎不升温。功率降到1/e的穿透深度，食品为9.3 mm， - 电机热管理
计入电阻随温度增加的效应，计算了驱动电机绕组（每相20 mΩ、冷却水65℃、热阻0.025 K/W）的温度。电流200 A时绕组为157℃，比电阻保持20℃值不变的估算125℃高32 K。 - 电阻加热分析
用铜线算例说明电阻加热分析为何需要计入电阻温度依赖的耦合。截面积1 mm²的裸线通20 A时，不耦合为124 ℃，耦合后为185 ℃；还说明短路时的绝热温升，以及恒流与恒压驱动下发热变化方向相反。 - 射频加热仿真
计算了在平行电极之间施加27.12 MHz高频、从内部加热材料的介电加热。电极间距50 mm加5 kV时电场100 kV/m，湿木材每秒升温8.9 K，聚氯乙烯1.6 K，聚乙烯只有0.003 K几乎不升温， - 变压器热点分析
变压器短时承受1.5倍额定负荷时，随时间计算了绕组最热点温度和绝缘纸劣化。环境30℃、从负载率0.7开始过负荷，30分钟最高115.8℃，1小时124.0℃，2小时136.2℃。持续1.5倍稳态会达到167℃， - 变压器热点分析
用IEC 60076-7的稳态公式计算了油浸变压器绕组最热点（热点）的温度。环境20℃、额定负载时热点为98℃，绝缘纸老化速度为基准的1倍。负载增至1.2倍时为120℃，老化13倍；1.5倍时为157℃，约930倍， - 无线充电的电磁-热耦合仿真
本文探讨无线充电系统中的电磁-热耦合仿真技术。以手机Qi标准（15W）和电动汽车无线充电（11kW）为例，分析由铜损与铁损引起的发热问题，说明即使3W损耗也可能导致手机电池过热，而车载系统需处理1.1kW热损耗。 - 无线充电的电磁-热解析
手机放在充电座上给电池充入10 W时，计算了损耗在哪里变成热、机身升温多少。插座输入13.67 W（总效率73%），机身内有2.09 W变成热，温度约升高20 K。有线10 W充电为1.27 W、12.1 K。