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例題１ IHクッキングヒーターの磁場熱流体解析
本例題について
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磁場解析と熱伝導解析の連成解析（誘導加熱）の事例を磁場熱流体解析を使用して計算した例題です。
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磁場解析でコイルの交流電流によりフライパンに発生する誘導電流によるジュール損失を計算し、
熱流体解析で、ジュール熱による発熱を計算します。
熱伝導解析ではできない周囲の空気の温度や気流の流れを可視化することができます。
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磁界ベクトルや発熱後の温度分布、流速分布を解析結果として見ることができます。
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表に記載されていない条件はデフォルトの条件を使用します。
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Femtetのバージョンや環境により結果が多少ことなります。
解析モデルダウンロード
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プロジェクトファイルをダウンロード（右クリックし、名前を付けてリンク先を保存してください。）
解析空間
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項目 |
条件 |
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解析空間 |
3次元 |
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モデル単位 |
mm |
解析条件
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項目 |
タブ |
条件 |
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ソルバの選択 |
磁場解析[Gauss] 流体解析[Bernoulli] 熱伝導解析[Watt]
浮力/温度にチェック |
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磁場解析の種類 |
磁場/熱解析 |
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熱流体解析の種類 |
熱流体解析 |
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解析オプション |
熱流体解析 |
流れの種類： |
交流電流の周波数を10kHzとします。
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タブ設定 |
設定項目 |
条件 |
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調和解析 |
周波数スイープタイプ |
ひとつの周波数 |
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周波数 |
10[kHz] |
メッシュタブを以下のように設定しています。
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タブ設定 |
設定項目 |
条件 |
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メッシュ(磁場) |
メッシュ設定 |
標準メッシュサイズを自動的に決定する：OFF 標準メッシュサイズ：20[mm] |
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周波数依存メッシュの設定 |
参照周波数： 10[kHz] 導体表面処理タイプ：
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メッシュ(熱流体) |
メッシュ設定 |
標準メッシュサイズを自動的に決定する：OFF 標準メッシュサイズ:10[mm] |
モデル図
フライパン（Metal）とコイル（Coil）をソリッドボディで定義しています。
磁場解析時は空気が自動作成されます。
熱流体解析時にも空気領域が自動作成されます。
ボディ属性および材料の設定
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ボディ No./ボディタイプ |
ボディ属性名 |
材料名 |
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1/Solid |
Coil1 |
008_銅Cu※ |
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3/Solid |
Coil2 |
008_銅Cu※ |
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11/Solid |
METAL |
METAL |
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10/Solid |
柄 |
木 |
※材料データベースを利用
材料定数は以下のように設定しています。
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材料名 |
タブ |
定数 |
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木 |
熱伝導率 |
熱伝導率：0.5[W/m/deg] |
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METAL |
透磁率 |
比透磁率：5×103 |
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導電率 |
導体の種類：導体 導電率：1×107 |
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熱伝導率 |
熱伝導率：80 |
ループコイルに電流を流すため、ボディ属性は以下のように設定しています。
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ボディ属性名 |
タブ |
設定 |
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Coil |
電流 |
波形：交流 電流値： 10[A] 巻数： 20[Turn] 誘導電流： なし 方向：ループコイル/磁場方向指定 磁場方向ベクトル：X=0、Y=0、Z=1 |
解析結果
ループコイルによって発生する電流密度ベクトルの解析結果を示します。
フライパン(Metal)に誘導電流が発生していることが分かります。
熱伝導解析の結果として、温度のコンター図を示します。
フライパン(Metal)の温度が約90度まで上昇していることが分かります。
流体解析の結果として、流速のベクトル図を示します。
X = 0の断面図で表示しています。
フライパン表面で渦が発生して上方へ空気が移動していく様子が分かります。