電磁界と熱流体ツールの連成によるマイクロ波液体加熱の事例

電磁波(マイクロ波)による加熱現象は電子レンジに代表されるように我々の身近な場所で利用されています。Ansys ^® HFSS™とCFDツール(Fluent ^® もしくはIcepak ^® )を利用することで、その現象を解析可能になります。

図.1のように、HFSSとFluentを双方向に連成させることで、配管内部の液体温度をより詳細に求めることが可能です。
現象は図.1の左図のように、マイクロ波が伝播空間を伝わり、管内部の水を温めることになります。こちらの現象をAnsysで行うには図.1の右図のように電磁界ツールのHFSSと流体解析ツールのFluentもしくはIcepakを連成させます。HFSSから得られた発熱密度を流体解析ツールに渡し、その発熱量で流体解析を行います。そこで得られた温度分布をHFSS側にフィードバックすることで、今度は温度分布を加味したHFSSの解析が行われます。このような解析は温度依存性を有する物性値を加味した解析に有効になります。

図1. 解析のイメージ図

解析モデル

図.2は解析事例のモデル概要図です。
『マイクロ波の伝播する空間』と『液体が流れる管』から構成されています。

図2. 電磁界ツールの解析モデル

図.3は解析結果図で最終的に得られた水の温度分布を表しています。Inletから流入した水は最初は低温ですが、発熱の生じている管路中央にて、高温を示しています。その後、下流部では放熱の影響により、温度が下がっている様子が分かります。
このように、HFSSとCFDツールを合わせることで、管路内部の液体温度の様子を把握することが可能です。

図3. 配管内部の水の温度分布

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