電磁界解析マイクロ波加熱による電磁界解析と熱流体解析/伝熱解析の連成解析事例

高効率なマイクロ波加熱機器の設計・検証を行ないたい。
誘電体の誘電率、誘電損と温度上昇の関係を検証したい。
機器回りの熱の環境による、機器への影響を確認したい。

電子レンジを代表とするマイクロ波加熱は、誘電体にマイクロ波を照射することでエネルギーに変換され温度が上昇します。
そのため、マイクロ波加熱のシミュレーションは、マイクロ波による電磁界解析による誘電体の損失量から発熱を求める必要があり、電磁界と熱の複合領域の解析が必要です。Ansysでは、強みであるマルチフィジックス解析（連成解析）により電磁界解析の結果を伝熱解析へ紐付けることで電磁界解析だけでは検証できない誘電体の温度上昇までシミュレーションすることが可能です。

また、熱流体解析と関連付けすることで、周囲の環境(水冷 or 空冷など)による機器への熱の影響を確認することが可能です。なお、伝熱解析と熱流体解析を使い分けることで、得られる結果も異なってまいります。伝熱解析と熱流体解析の違いについては、以下ページをご覧ください。

参考:[解析講座] 伝熱解析と熱流体解析の違い

解析モデル

図.電子レンジの解析モデル

連成解析時に電磁界回解析の結果を紐付けることで伝熱解析を簡単に行えます。(電磁界-伝熱解析)

自然対流などの周囲環境との影響を確認したいときには、熱流体解析と関連付けをします。(電磁界-熱流体)

解析結果

電磁界解析

図.給電口からの電界アニメーション
(クリックでアニメ再生)

図.加熱対象の消費電力密度

電磁界-伝熱解析

図.加熱対象物の温度上昇(クリックで動画再生)

電磁界-熱流体解析

図.熱流体解析による加熱対象物の温度上昇
(クリックで動画再生)

図.熱流体解析による加熱対象物周辺の流れ場の様子
(クリックで動画再生)

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定常伝熱解析、過渡伝熱解析、電磁界解析、連成解析、熱流体解析