有限元磁矢势模型参考
可通过有限元磁矢势模型,使用 FE(有限元)方法对磁场进行建模。
对应的求解器将计算磁矢势 。将根据需要通过磁矢势计算磁通量密度 和磁场 。
| 模型名称 | 有限元磁矢势 | ||
| 理论 | 请参见磁矢势模型。 | ||
| 提供方式 | |||
| 节点路径示例 | |||
| 要求 | 物理模型:
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| 属性 | 多项式次数方法、正则化参数、积分阶次、积分阶次选项。请参见有限元磁矢势模型属性。 | ||
| 激活 | 材料属性 | 导电率、磁导率。请参见材料属性。 | |
| 初始条件 | 磁矢势。请参见初始条件。 | ||
| 边界输入 | 磁矢势指定。请参见边界设置。 | ||
| 区域输入 | 电流密度源选项。请参见区域设置。 | ||
| 交界面输入 |
请参见交界面设置。 |
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| 求解器 | 磁矢势(使用稀疏直接求解器)。请参见FE 磁矢势求解器参考。 | ||
| 监视器 | 磁矢势、Magnetic Vector Potential Update(磁矢势更新)、Magnetic Energy Norm(磁能范数)。请参见监视器。 | ||
| 报告 |
请参见报告。 |
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| 场函数 | 边界电流片、导电率、导电率张量、电流密度、电磁力密度、电磁应力、机电应力张量、磁场、磁通量密度、磁矢势、磁导率、磁导率张量、存储的磁副能密度、存储的磁能量密度。 | ||
网格要求
(在 Simcenter STAR-CCM+ 中导入或生成的)体网格必须满足以下要求:
- 对于 2D 网格,支持拓扑结构为三角形和四边形的单元。对于 3D 网格,支持拓扑结构为四面体、六面体、棱柱体和棱锥体的单元。
网格生成器通常使用棱锥体作为不同网格拓扑之间的过渡单元。一般情况下,棱锥体不准确,只能用作过渡单元。
- 在任何交界面处,网格必须共形。
| 注 | FE 磁矢势求解器仅支持几何线性单元。 |
下表显示了如何在 Simcenter STAR-CCM+ 中使用基于部件的网格操作来生成兼容的网格拓扑。如果导入了体网格,并且要在 Simcenter STAR-CCM+ 中对其进行网格重构,可以采用相同的步骤。
| 维度 | 单元类型 | 网格操作 | 网格生成器 |
|---|---|---|---|
| 2D | 三角形 | 自动网格 (2D) | 三角形网格生成器 |
| 四边形 | 自动网格 (2D) | 四边形网格生成器 | |
| 3D | 四面体 | 自动网格 | 四面体网格生成器 |
| 棱柱体 | 自动网格 |
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| 定向网格 | 定向网格生成器(拉伸三角形面网格)。请参见定向网格化。 | ||
| 六面体 | 定向网格 | 定向网格生成器(拉伸四边形面网格)。请参见定向网格化。 |
有限元磁矢势模型属性
- 多项式阶次法
- 可用于使用节点定义模拟中使用的多项式次数。当求解足够平滑时,高阶单元可在求解中保持足够的精度,同时顾及较粗糙的网格。如果指定阶次为 0,则使用最低阶次的有限元。随着阶次的递增,还包含了附加有限元形状函数来逼近解。多项式次数的范围是 0 到 3。有关更多信息,请参见高阶形状函数。
- 正则化参数
- 指定 Eqn. (4376) 中定义的正则化参数 。
- 积分阶次选项、积分阶次
- Simcenter STAR-CCM+ 使用高斯积分规则求解离散形式的 Eqn. (4374)。可利用这些属性指定积分阶次,如下所示:
积分阶次选项 积分阶次 - 自动
- Simcenter STAR-CCM+ 自动确定形状函数的多项式次数的相应积分阶次。
将忽略在此属性下指定的任何值。 - 相对
- 可用于通过附加值增加 Simcenter STAR-CCM+ 自动确定的积分阶次。
可用于指定 Simcenter STAR-CCM+ 添加到自动积分阶次的值。 - 绝对
- 提供对积分阶次的完全控制。
用于将积分阶次指定为绝对值。
材料属性
- 磁导率
- 指定材料的磁导率 (请参见 Eqn. (4293))。
- 磁化率温度因子
- 在热分析中,指定磁化率温度因子 ,如 Eqn. (4298) 中的定义。
- 导电率
- 指定材料的瞬态模拟中的导电率 (请参见)。导电率:广义欧姆定律
初始条件
- 磁矢势
- 用于将磁矢势初始化为指定的矢量分布。
边界设置
- 磁矢势指定
- Simcenter STAR-CCM+ 提供多种方法来指定边界处的磁矢势和电流片(请参见边界和交界面条件)。还可以添加虚拟薄空气间隙。
- 校正因子选项
- 仅当电阻选项设为电阻时可用。
区域设置
适用于流体、多孔区域和固体区域。
- 电流密度源选项
- 用于指定电流密度的外部源。激活用于定义电流密度源的电动势模型或励磁线圈模型时,此选项不可用。
- 中间边节点选项
- 可用于对网格边添加中间边节点。中间边节点顾及:
- 改进了包含非四面体网格单元的模拟或高阶磁矢势求解的可视化(请参见有限元磁矢势模型属性)。
- 改进了节点力计算(请参见磁节点力模型参考)
- 电磁区域将固体区域与中间边节点对接情况下的共形交界面(例如,固体区域对于具有有限元固体能量模型的热求解要求二阶精度)。
交界面设置
- 电磁选项
- 适用于内部和直接接触交界面。
- 校正因子选项
- 仅当电阻选项设为电阻时可用。
- 磁矢势周期性
- 适用于具有周期拓扑的内部交界面和直接接触交界面。
报告
- 磁力
- 计算沿指定方向作用于一个或多个部件和/或区域的总电磁力(请参见 Eqn. (4434))。如果指定方向为 [0, 0, 0],则报告将返回力幅值。 输入部件或区域的包围必须是无力介质。在以下情况下,介质被视为无力:
- 它没有用户自定义电流密度源
- 在非稳态模拟中,可以在区域物理连续体中激活涡流抑制模型,或在区域级别抑制涡流(请参见涡流抑制模型参考)
- 关联的物理连续体不包括励磁线圈模型或永磁模型
- 磁扭矩
- 计算作用于由无力介质包围的一个或一组区域的总电磁扭矩的幅值(请参见Eqn. (4436))。对于此报告,您需要指定轴,扭矩将相对该轴进行计算(Eqn. (4436)中的)。相对于适当的坐标系设置轴原点和轴属性。如果指定的轴是 [0, 0, 0],则报告将返回扭矩幅值。
- 表面积分 - 有限元
- 计算选定场函数在一组指定部件表面上的积分。有关兼容场函数的列表和其他详细信息,请参见有限元表面积分。
- 体积积分 - 有限元
- 计算选定场函数对一组指定部件的积分。有关兼容场函数的列表和其他详细信息,请参见有限元体积积分。
对于磁力和磁扭矩报告,外部边界必须设置对称或反对称条件(请参见磁矢势指定)。这些边界对总力或扭矩无贡献。
监视器
- 磁矢势更新
- 磁矢势求解的增量 [Vs/m](请参见 Eqn. (4972))。
- 磁矢势
- 线性系统的残差 [Am](请参见 Eqn. (4972))。可考虑使用此物理量来衡量所应用的电气负载。
- 磁能范数
- 使用单位 [Nm] 定义的磁能(请参见 Eqn. (4977))。仅当激活有限元磁矢势求解器的能量范数属性时,此监视器才可用(请参见 FE 磁矢势求解器参考)。