Magnetische Simulationen und Wärmetransport: Präzision durch Multiphysik

Es können sowohl statische als auch zeitlich veränderliche 2- und 3- dimensionale Verteilungen magnetischer und elektrischer Felder simuliert werden. Dazu wird die Finite-Elemente-Simulationssoftware ANSYS Maxwell verwendet. Häufig besteht das Ziel der Simulationen darin, ein magnetisches oder elektrisches System bezüglich Feldverteilung, Geometrie oder Leistungsdaten zu optimieren. Dabei ist es auch möglich, Temperatureffekte zu berücksichtigen. Die für die Simulation notwendigen Materialdaten können, soweit nicht verfügbar, auch aus eigenen Messungen gewonnen werden.
 

Anwendungsgebiete der Magnetfeldsimulation

• Elektrische Feldverteilung in einem Hochspannungskondensator
• Magnetfeldhomogenität in einer Helmholtzspule
• Wirbelstromverluste im Kern eines schnell schaltbaren 3T-Magneten
• Deformation des Magnetfeldes einer permanentmagnetischen Sputter-Kathode durch ein  magnetisches Target
• Kräfte bei der Montage von Permanentmagneten
• Entwicklung eines NMR-Magnetsystems
• Optimierung der Spiralgeometrie eines magnetischen Winkelencoders
   

Für die Simulation von Wärmetransport findet ANSYS Fluent Verwendung. Damit können Wärmetransport durch Wärmeleitung, Strahlung und Konvektion für komplexe 2- und 3-dimensionale Anordnungen berechnet werden. Außerdem wird dieses ANSYS-Paket auch für strömungsmechanische Simulationen genutzt. Über ANSYS Workbench und ANSYS AIM können Wärmeleitung und Strömungsmechanik miteinander gekoppelt werden, um etwa den Festkörper-Fluid-Wärmeübergang zu simulieren. Außerdem ist es möglich, ANSYS Maxwell mit ANSYS Fluent zu koppeln, um die Veränderung des Widerstandes bei Temperaturerhöhung zu berücksichtigen. Weitere Kopplungsmöglichkeiten gibt es zu ANSYS Mechanical, was die Berechnung von Verformung aufgrund von Temperatur- und Druckeffekten erlaubt.

Anwendungsbeispiele:

• Kühlung einer Helmholtzspule durch Konvektion
• Wasserkühlung einer Sputtering-Kathode
• Homogene Temperierung einer NMR-Probe