電磁熱耦合仿真探討一

今天開(kāi)一個(gè)小話題，關(guān)于電磁-熱耦合的計(jì)算方法。也就是很多年前開(kāi)始一直各大CAE廠商開(kāi)始說(shuō)的“多物理場(chǎng)”，電磁熱就屬于多物理場(chǎng)中的一種情況。熱（溫度）影響產(chǎn)品的性能、壽命、安全性。比如用手機(jī)刷視頻玩游戲久了發(fā)燙就卡了；電腦計(jì)算溫度高了容易死機(jī)，計(jì)算效率變低；超導(dǎo)會(huì)失超；人熱了也會(huì)變得更加煩躁……腦子一熱往往就會(huì)做錯(cuò)事。

所以熱這個(gè)電磁的衍生產(chǎn)物如同噪聲、結(jié)構(gòu)應(yīng)力一般，在工業(yè)領(lǐng)域都需要去做一些“熱設(shè)計(jì)”。

先聊聊純熱的問(wèn)題，描述熱的數(shù)學(xué)語(yǔ)言是熱擴(kuò)散方程：

可見(jiàn)溫度隨著時(shí)間的變化受密度、比熱容、熱量、熱導(dǎo)率、溫度梯度決定。

如果我們?cè)谝獾氖亲罱K的穩(wěn)態(tài)溫度，那么直接就是個(gè)泊松方程：

計(jì)算電磁熱的話，我們就是把電磁產(chǎn)生的Q給算出來(lái)就可以得到想要的溫度場(chǎng)的東西了。可見(jiàn)熱本身求解是很簡(jiǎn)單，重點(diǎn)是熱源的計(jì)算和邊界條件的準(zhǔn)確給定了。

一些熱和數(shù)學(xué)語(yǔ)言的對(duì)應(yīng)關(guān)系，以及我自己通俗理解的東西：

絕熱，溫度在各個(gè)方向上沒(méi)有變化：

恒溫，某個(gè)三維空間坐標(biāo)上的溫度不變：

熱流，某個(gè)位置溫度的變化能力的一種描述：

熱傳遞，相對(duì)周圍溫度的熱流傳遞效果：

熱輻射，相對(duì)周圍溫度的輻射熱傳遞效果：

電磁分為靜態(tài)場(chǎng)、穩(wěn)態(tài)場(chǎng)（頻域）、瞬態(tài)場(chǎng)（時(shí)域）、包含運(yùn)動(dòng)的瞬態(tài)場(chǎng)。

溫度場(chǎng)分為靜態(tài)、瞬態(tài)兩種。

現(xiàn)在要將電磁熱耦合計(jì)算的話，我大致將其分為下列幾種類型：

1.靜態(tài)電磁-靜態(tài)熱：純靜態(tài)問(wèn)題，最簡(jiǎn)單的形式、原理簡(jiǎn)單，舉例如計(jì)算直流導(dǎo)線的歐姆熱溫度場(chǎng)。

2.穩(wěn)態(tài)電磁-靜態(tài)熱：準(zhǔn)靜態(tài)問(wèn)題，計(jì)算更關(guān)心最終的溫度，而不是溫度變化的過(guò)程，舉例如計(jì)算干式變壓器的熱點(diǎn)溫度

3.瞬態(tài)電磁-瞬態(tài)熱：關(guān)心溫度的變化過(guò)程，變化時(shí)間，如電磁爐燒水到沸騰的時(shí)間。

4.運(yùn)動(dòng)瞬態(tài)場(chǎng)-靜態(tài)熱：關(guān)心運(yùn)動(dòng)物體的最終溫度，如電機(jī)的穩(wěn)態(tài)溫升問(wèn)題。

5.運(yùn)動(dòng)瞬態(tài)場(chǎng)-瞬態(tài)熱：關(guān)心運(yùn)動(dòng)物理的溫度變化過(guò)程，如電磁彈射溫度問(wèn)題。

如上都是我個(gè)人對(duì)一些概念的理解，有錯(cuò)誤一定要指正以防我在開(kāi)始就錯(cuò)了。接下來(lái)我會(huì)就著這些方向聊聊這其中的難點(diǎn)、重點(diǎn)，以及不足的地方，具體怎么寫(xiě)其實(shí)我也沒(méi)有想好。今天先起個(gè)頭，一點(diǎn)點(diǎn)再灌水，然后以后再加入結(jié)構(gòu)應(yīng)力一起聊。