选择物理模型和材料

Simcenter STAR-CCM+ 提供多个用于计算磁矢势的物理模型。以下步骤包括选择适用于分析的模型的准则。

Simcenter STAR-CCM+ 提供有限元 (FE) 和有限体积 (FV) 方法来求解磁矢势。通常，有限元 (FE) 方法是首选方法，尤其是对于具有磁导率空间变化的域或对于电磁力或扭矩计算。

由于 FE 方法会强制应用特定的交界面和网格要求，因此在准备所需的区域、交界面和网格之前需选择离散化策略。有关 FE 网格和交界面要求的详细信息，请参见有限元磁矢势模型参考。

设置物理连续体之前，准备适用于分析的所需几何、区域、交界面和网格。
有关这些常规操作的更多信息，请参见常规模拟过程。
创建物理连续体，并将它们分配给相关区域。

在每个物理连续体中，根据需要激活物理模型。要对磁场建模，需包括以下模型：

组合框

物理模型

空间

要求解 3D 域中的磁矢势，激活三维模型。
要求解 2D 域中的横向电 (TE) 或横向磁 (TM) 模式，激活二维或轴对称模型。
在 TE 配置中，磁场垂直于 2D 域。磁矢势和任何外部电流密度的法向分量为零。

在 TM 配置中，磁场位于 2D 域的平面中。磁矢势和电流密度只有矢量分量垂直于 2D 域。

注轴对称模型仅与 FV 模型兼容。使用轴对称模型时，确保在轴附近使用适当的网格分辨率。

材料

根据要求，选择某个材料模型。

FE 架构支持单组分或多组分固体以及单组分气体。FV 框架还支持多组分流体。

可选模型

激活电磁模型。

电磁

要对 2D 域中的横向磁 (TM) 模式求解，激活以下某一模型：
- 横向磁势（请参见横向磁势模型参考）：
  使用有限体积 (FV) 法对横向磁势求解。（请参见横向磁势模型参考）。
- 谐波平衡 FV 横向磁势模型。
  使用有限体积 (FV) 法对频率域中的横向磁势求解。此求解方法适用于对线性材料中具有谐波（正弦）时间相关性的场建模。请参见谐波平衡 Fv 横向磁势模型参考。
要对 2D 域中的横向电 (TE) 模式求解，或对 3D 域中的磁矢势求解，激活以下某一模型：
- 有限元磁矢势 — 适用于所有材料。此模型具有特定的交界面和网格要求。请参见有限元磁矢势模型参考。
  对于单向耦合电磁应力分析，其中 Simcenter STAR-CCM+ 根据电磁负载计算固体的位移，激活此模型与固体应力模型。请参见选择固体应力物理模型。
- 谐波平衡 FE 磁矢势 — 特定于线性材料中具有谐波（正弦）时间依赖性的场。请参见谐波平衡 FE 磁矢势模型参考。
- 有限体积磁矢势 — 仅适用于具有空间不变磁导率的静磁 MHD 应用（如等离子体）。请参见有限体积磁矢势模型参考。对于具有空间变化渗透率的材料或对于电磁力和扭矩计算，使用有限元磁矢势模型。
- 谐波平衡 FV 磁矢势 — 特定于线性材料中具有谐波（正弦）时间依赖性的场。仅适用于具有空间不变磁导率的材料。此模型可自动将磁导率设为真空磁导率。请参见谐波平衡 Fv 磁矢势模型参考。

时间

使用谐波平衡模型时，Simcenter STAR-CCM+ 会计算频率域中的磁势，因此所有时间模型等效。在这种情况下，根据在连续体中求解的其他物理量，在稳态和隐式非稳态之间进行选择。
默认情况下，Simcenter STAR-CCM+ 激活涡流抑制模型，该模型将在连续体的所有关联区域中抑制涡流。可以使此模型始终处于活动状态，因为它提供用于在特定区域启用涡流的区域设置。
使用其他磁势模型时，Simcenter STAR-CCM+ 会计算时域中的磁势。在这种情况下，在以下各项中之间进行选择：
- 稳态 — 所有物理量都与时间无关。稳态解算方案不考虑瞬态效应，例如随时间变化的磁场所引发的涡流。
- 隐式非稳态 — 物理量与时间有关。为方便起见，Simcenter STAR-CCM+ 会自动激活涡流抑制模型。在涡流效应很重要的导电区域中，可以通过区域设置来停用抑制。

有关涡流抑制模型的更多信息，请参见涡流抑制参考。

磁场的源是电流密度 $J$ 。可以规定电流密度，或使用以下模型在 Simcenter STAR-CCM+ 中计算它：
- 要考虑由励磁线圈产生的 $J$ ，激活励磁线圈模型或有限元励磁线圈模型。有关说明和准则，请参见励磁线圈建模。
- 要考虑由永磁产生的 $J$ ，激活永磁模型。请参见永磁建模。
- 要考虑由电势差产生的 $J$ ，激活某个电动势模型。请参见电流建模。
- 要计算磁节点力，激活磁节点力模型。此模型仅在激活有限元磁矢势模型时可用。请参见磁节点力模型参考。
要在同一模拟中对各向同性和各向异性固体建模，可以选择两种方法其中之一来设置物理连续体：
- 使用多部件固体模型单个物理连续体同时用于两种固体材料：在这种情况下，将各向同性渗透率定义为标量，将各向异性渗透率定义为张量。可以在同一场景中可视化两个实体的渗透率，方法是绘制渗透率张量场函数。
- 每个固体材料一个物理连续体：在这种情况下，一个连续体定义各向同性固体，一个连续体定义各向异性固体。由于只为各向异性连续体定义了渗透率张量，因此可以使用两个不同的场景可视化渗透率（一个用于各向同性区域中的渗透率场函数，一个用于各向异性区域中的渗透率张量场函数）。
根据分析要求，可以通过可选模型组合框激活额外模型。

例如，可以对电机中的功率损耗、电阻加热以及导电流体（例如熔融金属和等离子体）与磁场之间的相互作用建模。有关更多信息，请参见损耗建模、电阻加热建模和磁流体动力 (MHD) 建模。

还可以通过使用层压钢模型和定义相关材料属性来对层压钢材料建模。有关更多信息，请参见层压钢模型参考。
对于每个连续体，从 Simcenter STAR-CCM+ 材料库中选择适当的材料。
可以从标准材料数据库中选择基本材料，也可以从电磁材料数据库中选择材料。电磁材料数据库包含来自各个供应商的预定义材料，根据材料的不同，可能包含 B-H 曲线和温度相关数量等数据。

有关详细信息，请参见常规模拟过程。

对于有限元磁矢势模型，可以定义模拟中使用的多项式次数：

选择 [物理连续体] > 模型 > 有限元磁矢势 > 多项式次数节点，然后将值设为所需值。
多项式次数的范围为 0 到 3，其中 0 表示最低阶有限元。对于大多数模拟，建议使用 2 阶。更高阶的单元不兼容以下各项：
- 棱锥体单元
- 边界和交界面的隔热选项 - 请参见边界设置。
- 映射接触交界面。
有关更多信息，请参见多项式次数方法。

所有磁矢势模型支持具有共形网格的直接交界面（内部或接触交界面）。此外，有限元磁矢势模型支持间接映射接触交界面，该交界面允许使用非共形网格。

一般情况下，直接交界面是首选，因为非共形网格可能会导致磁通量密度降低，并在网格差异变大时导致重大错误。

使用映射接触交界面时：

选择交界面 > [映射接触交界面] > 物理值 > 插值模板节点，然后将模板类型设为压印。