基于磁流體MHD的FLUENT-Maxwell集成耦合開發(fā)

2017-07-13 by:CAE仿真在線來源:互聯(lián)網(wǎng)

磁流體動力學(xué)(Magneto Hydro Dynamics,MHD)是流體動力學(xué)一個較新的重要分支。其研究內(nèi)容是導(dǎo)電流體(等離子體、液態(tài)金屬或電解液等)在磁場中流動時導(dǎo)電流體與電磁場之間的相互作用。當(dāng)導(dǎo)電流體在垂直磁場內(nèi)流動時,會感應(yīng)出電場,在流體內(nèi)產(chǎn)生感應(yīng)電流;這一電流與磁場相互作用產(chǎn)生作用在流體上的洛倫茲力,進而影響流動及其他性能。磁場既可以是外加磁場,也可以是感應(yīng)電流產(chǎn)生的感應(yīng)磁場,因而涉及兩個磁場的耦合問題。

基于磁流體MHD的FLUENT-Maxwell集成耦合開發(fā)fluent流體分析圖片1

MHD效應(yīng)在自然界里經(jīng)常發(fā)生并被人類廣泛應(yīng)用,如在太陽內(nèi)部、地球內(nèi)部和電離層中、恒星及其大氣層中都存在MHD效應(yīng);熱核聚變反應(yīng)堆中的高溫等離子體及液態(tài)包層中的液態(tài)金屬或熔鹽;冶金工業(yè)鋼水鑄造過程;船舶推進器和磁流體發(fā)電裝置;化學(xué)工業(yè)中的電解液;醫(yī)療領(lǐng)域納米磁粒子定向打靶;磁流體密封,磁流體潤滑等等諸多科研和工業(yè)發(fā)展領(lǐng)域都存在著廣泛的磁流體應(yīng)用。

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ANSYS Maxwell定位于高級磁場分析求解器,可用于電機、作動器、電感、變壓器等各種機電產(chǎn)品的電磁場分析。ANSYS FLUENT定位于高級流體動力學(xué)求解器,里面包含了豐富的物理模型,可以求解工業(yè)應(yīng)用中的流動、傳熱、燃燒、相變等問題。FLUENT MHD是FLUENT眾多附加模塊之一,用于跟磁流體相關(guān)的物理問題設(shè)定,數(shù)據(jù)導(dǎo)入等操作設(shè)置。

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Maxwell與FLUENT的耦合涉及熱耦合和磁耦合兩大類,熱耦合可以通過EM Mapping等形式實現(xiàn)損耗的加載。在磁場加載的問題上,一方面,FLUENT本身具備一些規(guī)則磁場的加載能力,通過交直流電場或者Patch等形式實現(xiàn)初始磁場或者運動磁場的加載;其二,FLUENT能夠直接讀入*.mag格式的磁場文件;其三,對于Maxwell磁場的加載,則需要借助于格式轉(zhuǎn)換等思路來完成,涉及數(shù)據(jù)輸出,存儲格式變換,數(shù)據(jù)導(dǎo)入,UDF編程等等一系列的數(shù)據(jù)加工和處理過程,這種方法費時費力并且手工操作不規(guī)范,容易出錯。

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本工具模塊的出發(fā)點就是針對用戶目前軟件使用中的困難,通過基于JAVA,C#,Matlab,Excel等成熟工具的集成開發(fā),形成自動化的Maxwell到FLUENT的磁場耦合分析專用工具,通過規(guī)范化集成封裝形成用戶友好的操作界面,提高工作效率。開發(fā)工作主要集中在FLUENT UDF編程,數(shù)據(jù)格式轉(zhuǎn)換,流程自動化集成等方面。