AcuSolve與與與與 JMAG耦合的耦合的耦合的耦合的 3D 熱流分析熱流分析熱流分析熱流分析

勢流科技 / 陳桂村

2011 / 05 / 24

內 容

• 產品概述

• AcuSolve / JMAG 的介面

• SPM 馬達示例

• 結論

AcuSolve

• 一個強大的多用途的有限元素計算流體力學求解器• AcuSolve與其他軟體的區別

– 強固性強固性強固性強固性 大部份問題均可在第一次嘗試即獲致解決– 快捷快捷快捷快捷 耦合求解器可進行多機分佈的平行運算– 精確精確精確精確 達成空間與時間的高度準確度的同時，仍能保

持廣域與局部的穩定度– 特徵特徵特徵特徵 豐沛的功能；並持續擴展中

• 對於工程與科學的整體應用是一種使能技術

主要特徵

• 物理現象– 不可壓縮 & 弱壓縮的 Stokes 和 Navier-Stokes 方程式– 熱分析

• 共軛熱傳• 多層熱薄殼• 封室輻射-視角因數• 太陽輻射

– 多重物質輸送方程式

• 紊流模型– Spalart-Allmaras RANS 模型– Dynamic 次網格 LES模型– RANS/LES 混合(DES) 與DDES模型

• 時間精確的暫態模擬– 與控制系統耦合

主要特徵(續)

• 任意 Eulerian & Lagrangian方法– 彈性網格運動– 自由表面– 導引表面– 滑移網格

• 流體/結構互動– 實用的 FSI (P-FSI)– 直接耦合 FSI (DC-FSI)– 剛體與流體耦合

• 支援計算空氣噪音(CAA)模擬• 顆粒跟蹤器

• 穩態與暫態

• 還有更多….

AcuConsole

• 做為 AcuSolve的前處理 GUI– 從 CAD 或網格開始

• Pro/E、Parasolid、ACIS、Discrete、CATIA V5• Hypermesh、ICEM、Harpoon、GridGen、PointWise

– 從 CAD 模型生成網格• 自動四面體網格產生器

• 邊界層功能

– 完整設定問題規格• 廣域參數• 邊界條件等

– 啟動求解器• 進度監視

– 容易發展的客製化功能

為何需要 AcuSolve/ JMAG 介面

• 溫度對於電磁性質是敏感的– 工程師必須加入溫度效應的解決方案

• JMAG 是電磁分析軟體的領先品牌– 能夠計算電磁損耗並做為熱源

• JMAG 也計算溫度場– 藉由熱傳(薄膜)係數結合流體(空氣)效應

• AcuSolve進行完全 3D 熱流分析– 自然對流、強制對流、紊流、共軛熱、暫態效應、輻射，等

– 不實施建模簡化�無薄膜係數趨近

• 因此，AcuSolve與 JMAG 結合可提供完全解決方案

耦合分析的流程

輸入 JMAG 網格及熱損耗

• 輸入 JMAG 網格並求解

• 檢視 JMAG 模型

• 定位 JMAG 模型

• 映照 JMAG 體積熱損耗成為 AcuSolve體積熱源

JMAG 解決方案：SPM 馬達

• 4-極 24-槽表面磁鐵馬達• 轉速：1800 (rpm)• 計算三部份損耗：

磁鐵渦電流的焦耳損 線圈電流的焦耳損 定子磁通變換的鐵損

AcuSolve解決方案：穩態分析

• 固體性質：– 線圈：銅– 磁鐵：磁性鋼材– 其他部件：鋼鐵

• 流體性質：– 空氣– 周邊溫度 30 ℃– 自然對流

• Boussinesq模型

溫度場

• 馬達蓋：78℃• 轉子：79.5℃• 線圈：78 ~ 79℃• 軸桿：76 ~ 79℃

• 周邊溫度 30 ℃

速度場

• 最大速度：8.6 m/sec– 轉子與定子之間的氣隙

• 外部流場則緩慢許多

薄膜係數

• 熱傳(薄膜)係數分佈：– 轉子中間部位：24~30 J/m2-sec-K– 轉子柱體端部：36 J/m2-sec-K

暫態解析

• 初步結果：• 滑移介面：• 熱傳(薄膜)係數：

結 論

• 一個強大的多用途的有限元素計算流體力學軟體– 主要的商業有限元素 CFD 求解器技術與解析的領導品牌

• AcuSolve與其他軟體的區別– 強固性– 快捷– 精確– 豐沛的功能– 容易使用

• 與 JMAG 整合運用– 與 JMAG 共用 CAD 模型– 藉 GUI 介面載入 JMAG 損耗– 進行完全 3D 熱流分析