Главная страница

Штудирование. Шаблон_штудирования (6). Конспект Здесь разместите конспект. Поверхностный эффект в проводнике произвольного сечения в длинном прямолинейном проводнике протекает переменный ток.


Скачать 128 Kb.
НазваниеКонспект Здесь разместите конспект. Поверхностный эффект в проводнике произвольного сечения в длинном прямолинейном проводнике протекает переменный ток.
АнкорШтудирование
Дата14.03.2023
Размер128 Kb.
Формат файлаdoc
Имя файлаШаблон_штудирования (6).doc
ТипКонспект
#989461


ОСНОВНЫЕ ДАННЫЕ О РАБОТЕ





Версия шаблона

1.1

Вид учебного занятия

Штудирование

Название дисциплины

Теоретические основы высокочастотной электротехники

Тема

Теоретические основы высокочастотной электротехники


Фамилия

Полянский

Имя

Алексей

Отчество

Игоревич

ID (номер контракта)

04900320400155003


Конспект


Здесь разместите конспект.
ПОВЕРХНОСТНЫЙ ЭФФЕКТ В ПРОВОДНИКЕ ПРОИЗВОЛЬНОГО СЕЧЕНИЯ

В длинном прямолинейном проводнике протекает переменный ток. При различной частоте тока и сечении проводника происходит перераспределение тока по сечению проводника. Необходимо рассчитать распределение плотности тока и источников в проводнике, напряженности магнитного и электрического полей вокруг проводника и потери в нем. Вследствие большой протяженности проводника рассматривается двумерная задача в декартовой системе координат.

Размеры расчетной области: a = 0.01 м; b = 0.01 м; x0 = 0; x1 = x0 + 5*b; x2 = x1 + b; x3 = x2 + 5*b; y0 = 0; y1 = y0 + 5*a; y2 = y1 + a; y3 = y2 + 5*a.

Запуск пакета ANSYS

В меню программ или на рабочем столе запустить элемент ANSYS product launcher. В появившемся окне выбрать в выпадающем меню Simulation Environment программу ANSYS, а в Licence – ANSYS Multiphysics. В папке Student создать подпапку с номером своей группы и подпапку студента и выбрать указанный путь в поле Working directoryJobname оставить file или ввести другое имя латиницей. Нажать кнопку Run.

Выбор типа анализа и формулировки задачи

Main Menu → Preferences → Electromagnetic: Magnetic-Nodal → OK

Выбор типов твердотельных элементов, используемых в расчете

Main Menu → Preprocessor → Element Type → Add/Edit/Delete → Add → Magnetic Vector → Vect Quad 8nod 53

Element type ref number – 1 → Apply Magnetic Vector → Vect Quad 8nod 53

Element type ref number – 2 → OK

Не закрывая окна задания типов элементов, установите их ключевые опции.

Выделите Type 1 PLANE 53 → Options

В открывшемся окне установите следующие опции:

Element degree(s) of freedom

K1



AZ

Element conventional velocity

K2



No velo effects

Element behavior

K3



Plane

Element coord system defined

K4



Parall to global

Extra element output

K5



No extra output

Magnetic force store for

K7



Midside node element

→ OK

 

 

 

Элемент типа 1 используется для моделирования воздушного простран- ства и имеет степень свободы – z-составляющую векторного магнитного по- тенциала AZ.

Для второго типа элементов необходимо изменить только опцию K1:

Выделите Type 2 PLANE 53

→ Options

 

Element degree(s) of freedom

K1 –

AZ, VOLT

→ OK

 

 

Элемент типа 2 используется для моделирования проводников и имеет степени свободы – z-составляющую векторного магнитного потенциала AZ и напряжение VOLT.

Закройте окно выбора элементов.

Задание системы единиц и свойств материалов

Main Menu → Preprocessor → Material Props → Electromag Units → MKS → OK

Свойства для воздуха:

4

Main Menu → Preprocessor → Material Models → Material Model Number 1 → Electromagnetics → Relative permeability → Constant → MURX → 1 → OK Material Model Number 1 → Electromagnetics → Resistivity → Constant → RSVX → 1E+25 → OK

Свойства для проводника:

Menu Define Materials Model Behavior → Material → New Model → Define Material ID → 2 → OK

Electromagnetics → Relative Permeability → Constant → MURX → 1 → OK Electromagnetics → Resistivity → Constant → RSVX → 2E-8 → OK

Закройте окно определения свойств материалов. Сохраните промежуточные результаты:

ANSYS Utility Menu → File → Save as → имя файла → OK

Построение геометрической модели

Введите параметрические переменные геометрии расчетной области в соответствии с рис. 1 и табл. 1.

Для ввода значений используйте прямую запись операции присвоения в строке меню ввода скалярных параметров:

Utility Menu → Parameters → Scalar Parameters → Selection → a=0.01 → Accept → ... → Close

Построение расчетных областей

Main Menu → Preprocessor → Modeling → Create → Area → Rectangle → By Dimentions → Введите в открывшемся окне координаты двух противополож- ных вершин прямоугольника → x0, x3, y0, y3 (воздух) → Apply → x1, x2, y1, y2 (проводник) → OK

Проведите операцию «склеивания» (удаления перекрытий) построенных областей между собой.

Main Menu → Preprocessor → Modeling → Operate → Booleans → Overlap → Areas → PickAll

В результате произведенных булевских операций появились разрывы в последовательности номеров объектов. Проведите компрессию номеров и перенумерацию линий и областей:

Main Menu → Preprocessor → Numberung Ctrls → Compress Numbers → All → OK

Присвоение атрибутов созданным областям

Main Menu → Preprocessor → Meshing → Mesh Attributes → Picked Areas →

5

Выберите курсором область – «воздух» → Apply → в появившемся окне вво-

да атрибутов установить:

 

 

 

Material number



1

 

Real constant



none defined

Element Type number



1

Plane53

Element coord. Sys.



0

 

Element section



none defined

→ Apply

 

 

 

Выберите курсором область – «проводник» → Apply → в появившемся окне

ввода атрибутов установить:

 

 

 

Material number



2

 

Real constant



none defined

Element Type number



2

Plane53

Element coord. Sys.



0

 

Element section



none defined

→ Apply

 

 

 

Для цветовой и цифровой идентификации объектов выполните

ANSYS Utility Menu → PlotCtrls → Numbering:

Line numbers



ON

Area numbers



ON

Elem/Attrib Numbering



No Numbering

Numbering shown with



Colors&Numbers

→ OK

 

 

Изменить отображение на экране можно с помощью функции управле-

ния выводом Pan-Zoom-Rotate:

ANSYS Utility Menu → PlotCtrls → Pan, Zoom, Rotate → Box Zoom →

Установка галочки в Dynamic Mode включает возможность использовать колесико мыши для Zoom, а также двигать и вращать 3D изображение с за- жатой левой и правой клавишами мыши.

Введение в модель конечноэлементной сетки

Область проводника предполагается разбить регулярной (mapped) сет- кой, а область воздуха – свободной (free). Для этого введите требуемое раз- биение каждой линии в системе через меню управления сеточным разбиени-

емMeshTool.

Main Menu → Preprocessor → Meshing → MeshTool → Lines → Set → выде-

лить внешние линии воздуха L1, L2, L3, L4 → Apply → установить

6

NDIV

No. Of element divisions



18

SPACE

Spacing ratio



–0.25 → Apply

(остальные поля остаются незаполненными)

 

выделить линии проводника L5, L6, L7, L8 → Apply → установить

NDIV

No. Of element divisions



20

SPACE

Spacing ratio



–4 → OK

Задайте следующие установки в меню сеточного разбиения MeshTool:

Mesh



Area

 

 

Shape



Quad

 

 

Mesher



Mapped

 

 

Произведите регулярное сеточное разбиение:

Mesh Tools → Mesh → укажите курсором на область проводника А1 → OK

Для разбиения на конечные элементы области воздуха включите опцию Smart Size и установите бегунок в положение 3, а также задайте опции в ме-

ню MeshTool:

 

 

Mesh



Area

Shape



Quad

Mesher



Free

Проведите сеточное разбиение:

Mesh Tools → Mesh → укажите курсором на внешнюю область A2 → OK

При сеточном разбиении областей со сложными границами и объемных моделей рекомендуется производить просмотр-оценку качества произведен- ного разбиения:

Main Menu → Preprocessor → Meshing → Check Mesh → Individual Elm → Plot Warning/Error Elms → отметьте «показать Good Elems» → OK

Для получения информации о количестве узлов и элементов, используе- мых в модели, выполните:

ANSYS Utility Menu → List → Status → Preprocessor → Meshing

Вывод сетки в графическом окне с учетом типов материалов: ANSYS Utility Menu → PlotCtrls → Numbering

Elem/Attrib Numbering



Material Numbers

Numbering shown with



Color only

ANSYS Utility Menu → Plot → Elements

Чтение сохраненных результатов

Для того, чтобы после перезапуска ANSYS начать решение задачи с это- го места выполните чтение базы данных:

7

ANSYS Utility Menu → File → Resume from → в открывшемся окне выберите имя файла базы данных → OK

ANSYS Utility Menu → Select → Everything ANSYS Utility Menu → Plot → Elements

Определение набора связанных степеней свободы

Математическая модель, используемая при решении электромагнитной задачи, предполагает задание токов (интегральных параметров) в проводни- ке. Для этого установите равенство значений скалярного потенциала V для всех узлов проводника. Для этого сначала выделите область проводника:

ANSYS Utility Menu → Select → Entities → Areas → By Num/Pick → From Full → Apply → кликнуть на область проводника → OK

Выберите (сделайте активными) элементы и узлы, принадлежащие этой области:

ANSYS Utility Menu → Select → Entities → Areas → By Num/Pick → From Full → Sele Belo → Replot

Выведите на графическом экране выделенные узлы проводника: ANSYS Utility Menu → Plot → Nodes

Задайте связь степеней свободы V между собой для выбранных узлов: Main Menu → Preprocessor → Coupling/Ceqn → Couple DOFs → Pick All

В открывшемся окне установите:

Set reference number



1

Degree-of-freedom label



VOLT → OK

При наличии нескольких проводников действия повторяются для сле- дующей области (Set reference number должны быть разными).

Сделайте активными все области и принадлежащие им элементы и узлы: ANSYS Utility Menu → Select → Everything

ANSYS Utility Menu → Plot → Elements

Сохраните промежуточные результаты. В результате произведенных действий построена геометрическая модель системы, описаны свойства ма- териалов и типов конечных элементов, присвоены свойства областям геомет- рической модели, построена конечноэлементная сетка, объединены степени свободы скалярного потенциала V для проводящей области. Перечисленные действия относятся к препроцессорной подготовке решения задачи. Сле- дующие действия относятся к разделу «решение» (solution).

8

Задание граничных условий и источников

Укажите тип решаемой задачи:

Main Menu → Solution → Analysis Type → New Analysis → Harmonic → OK Main Menu → Solution → Analysis Type → Analysis Option → Solution method → Full → DOF printout format → Real+imaginary → OK → в открывшемся ок-

не выберите тип решателя (для текущей задачи задайте Sparse solver) → OK Задайте ток в проводнике:

ANSYS Utility Menu → Select → Everything ANSYS Utility Menu → Plot → Elements

ANSYS Utility Menu → Select → Entities → Areas → By Num/Pick → From Full → Apply → кликнуть на область проводника → OK

Выберите элементы и узлы, принадлежащие этой области:

ANSYS Utility Menu → Select → Entities → Areas → By Num/Pick → From Full → Sele Belo → Replot

Выведите на графическом экране выделенные узлы проводника: ANSYS Utility Menu → Plot → Nodes

Main Menu → Solution → Define Loads → Apply → Electric → Excitation → Impressed Curr Densities → On nodes → навести указатель мыши на любую точку области проводника и кликом выбрать ее → OK

В открывшемся окне ввода амплитуды электрического тока ввести ре- альную и мнимую составляющие тока I1, причем мнимую приравнять нулю:

Real parts of AMPS



I1

Imag parts of AMPS



0 → OK

Задайте граничные условия:

ANSYS Utility Menu → Select → Everything ANSYS Utility Menu → Plot → Nodes

ANSYS Utility Menu → Select → Entities → Nodes → Exterior → From Full → Apply → Replot

На экране останутся узлы, расположенные на внешней границе расчет- ной области.

Main Menu → Solution → Define Loads → Apply → Magnetic → Boundary → Vector Poten → On nodes → появится окно Apply A on Nodes → Pick All →

появится окно Apply A on Nodes – окно ввода значений функции в узлах (граничные условия первого рода) → ввести в этом окне:

9

DOFs to be consrained

AZ

VALUE Real Part of vector poten

0.0

VALUE Imag Part of vector poten

0.0 → OK

ANSYS Utility Menu → Select → Everything ANSYS Utility Menu → Plot → Elements

Задайте частоту источника тока:

Main Menu → Solution → Load Step Opts → Time/Frequency → Freq and Substps → введите Harmonic Freq Range – f → Stepped or ramped b.c. – Stepped → OK

Сохраните промежуточные результаты.

Запуск задачи на решение

Main Menu → Solution → Solve → Current LS

Появятся два окна: /Status command и Solve Current Load Step – нажмите

OK. Программа запущена на решение задачи.

Если все действия по подготовке к решению были выполнены коррект- но, то в результате решения появится сообщение «Solution is Done».

Постпроцессорная обработка результатов расчета

Следующий этап работы это визуализация результатов решения задачи и расчет интегральных параметров системы.

Поскольку задача ставилась относительно комплексной переменной, следовательно, решение содержит две составляющие. Поэтому необходимо выбрать, какая из них будет выведена в графическом экране:

Main Menu → General Postproc → Read Results → By Load Step → установите в окне «Real or Imaginary part» – Real part → OK

Для вывода распределения магнитного векторного потенциала A ис- пользуйте функцию:

Main Menu → General Postproc → Plot Results → Contour Plot → Nodal Solu → установите в поле «Item to be contoured»: DOF Solution – Z-Comp of magnetic vector potential → OK

Если требуется получить результат в виде изолиний, а не сплошной за- ливки, установите:

ANSYS Utility Menu → PlotCtrls → Device Options → Vector mode – ON

Выводы


Здесь разместите свои выводы, замечания, вопросы.


Логическая схема / Классификация


Здесь разместите логическую схему или классификацию.

Глоссарий



Здесь разместите глоссарий.



п/п

Понятие

Определение

1

В данной колонке разместите понятия глоссария

В данной колонке разместите определения понятий глоссария


2







3








Каталог личной библиотеки



Здесь размещается наименования литературных источников, которые были изучены в процессе учебного занятия.






написать администратору сайта