شبیه‌سازی انتقال حرارت قطعات الکتریکی در کامسول
در جلسه چهاردهم دوره آموزش کاربردی کامسول یک شبیه‌سازی ترکیبی از انتقال حرارت تجهیزات الکتریکی و حرکت سیال را بررسی خواهیم کرد. در صنعت برق، ترانسفورماتورها و سلف‌هایی وجود دارند که جریان الکتریکی و ولتاژ را از طریق القای الکترومغناطیسی تبدیل می‌کنند. این قطعات معمولاً دارای تلفات حرارتی هستند و در طول عملکرد خود گرم می‌شوند. یکی از مسائل مهم، تعیین دمای حداکثری این قطعات و نحوه خنک کردن آن‌هاست. در صورتی که مقدار حرارت ایجاد شده در هسته ترنسفورمر کنترل نشود، موجب آسیب رسیدن به آن خواهد شد.
این ویدیو آموزش کامسول رایگان برای مهندسان و کاربرانی مفید است که از کامسول استفاده می‌کنند و به دنبال راهکارهای برای حل مشکلات پیچیده و زمان‌برده در سیستم‌های الکترونیکی هستند.
انتخاب فیزیک ها و ایجاد هندسه
برای مدل‌سازی این مسئله در کامسول، از محیط سه بعدی و نوع حل Steationary و ماژول‌های Laminar Flow و Heat Transfer in Solids استفاده می‌کنیم. هندسه مورد نیاز را می‌توان از کتابخانه قطعات (Parts Library) آماده کامسول انتخاب کرد یا آن را از ابتدا ایجاد نمود. برای ایجاد هندسه مسئله، می‌توانید از کتابخانه قطعات آماده کامسول استفاده کنید که شامل شکل‌های مختلف هندسی برای سرعت بخشیدن به روند مدل‌سازی است. در این مثال، یک هسته آهنی را در نظر می‌گیریم که در یک حجم کنترل قرار دارد. حجم کنترل، یک مکعب است که دمای دیواره‌های آن با دمای محیط برابر در نظر گرفته می‌شود. هدف از تعریف حجم کنترل، ایجاد یک محیط کنترل‌شده است که دمای دیواره‌های آن با دمای محیط برابر باشد.
تعریف شرایط مرزی و مواد
در مسئله انتقال حرارت در هسته ترنسفرمر دو ماده هوا و آهن وجود دارند که هر دو انتقال حرارت دارند. پس برای هسته آهنی باید انتقال حرارت را در نظر بگیریم. همچنین، باید شرایط مرزی مناسب را برای هسته آهنی در نظر بگیریم تا انتقال حرارت به درستی مدل شود. بنابراین، باید هر دو را در نظر بگیریم. برای شرایط مرزی، از دو شرط مرزی استفاده می‌کنیم.
- Pressure Point Constraint
- Volume Force
همچنین، دیواره‌های حجم کنترل را به عنوان Slip در نظر می‌گیریم تا هیچ اصطکاکی در حرکت سیال ایجاد نشود.
کوپلینگ معادلات و حل مسئله
کامسول با استفاده از بخش مولتی فیزیک قادر است با روش‌های مختلف معادلات پیچیده را به صورت همزمان کار کند. این بخش می‌تواند انواع کوپلینگ‌های مختلف را انجام دهد و به کاربر اجازه می‌دهد تنظیمات را به طور خودکار یا به صورت دستی انجام دهد. این قابلیت به کاربران می‌تواند کمک کند برای حل مسائل ساده از کوپلینگ‌های اتوماتیک و برای مسائل پیچیده تر از کوپلینگ‌های دستی استفاده کند.
برای کوپلینگ معادلات در این مثال، می‌توانیم از روش دستی استفاده کنیم. یکی از روش‌های ساده، استفاده از گزینه مالتی فیزیک در کامسول است که تنظیمات آن از قبل انجام شده است. با این حال، برخی مسائل پیچیده را نمی‌توان با این روش حل کرد. در این مثال، از روش کوپلینگ دستی استفاده می‌کنیم و معادلات را به صورت دستی کوپل می‌کنیم. پس از حل مسئله، می‌توانیم سرعت و دما را در نقاط مختلف مشاهده کنیم.
پس از حل مسئله، می‌توانیم نتایج را تحلیل کنیم. کامسول نمودارهای مختلفی را برای سرعت، دما و دیگر پارامترهای مسئله ارائه می‌دهد. می‌توانید سرعت و دما را در نقاط مختلف مشاهده کنید و تحلیل دقیقی از رفتار حرارتی و جریان سیال در سیستم داشته باشید. همچنین، می‌توانید از نمودارهای کانتور (Contour) برای مشاهده مناطق با دمای مشابه استفاده کنید.
در این بخش، کامسول می‌تواند نمودارهای مختلفی از دما و سرعت سیال را به طور خودکار تولید کند و کاربران را در تحلیل نتایج و رفع مشکلات به کمک خود قرار می‌دهد.
جمع بندی
بررسی انتقال حرارت در سیستم‌های الکتریکی از مهم‌ترین مسائل در چنین دستگاه‌هایی است. در این جلسه، یک مسئله انتقال حرارت در ترنسفورمی را مدل‌سازی و حل کردیم. با استفاده از کامسول، می‌توانیم به راحتی مسائل پیچیده را مدل‌سازی و حل کنیم. در جلسات آینده، نحوه تولید نمودارهای مختلف و بررسی دقیق‌تر نتایج را توضیح خواهیم داد.
