Couplage magnéto-thermique : informations générales

Dispositifs étudiés

La co-simulation magnéto-thermique est destinée aux dispositifs électriques comme les moteurs, les transformateurs ou les jeux de barres.

Applications : magnétique

Dans Flux 2D/3D magnétique, le couplage magnéto-thermique est utilisable pour les applications suivantes :

• MT (magnétique transitoire), deux sous cas existent :
  • Il est possible d'exporter la moyenne des pertes calculées sur une période, en régime permanent
  • Ou d'exporter les pertes instantanées, ce qui peut être utile dans le cas d'une étude de démarrage de moteur

• MH (magnéto harmonique)

Dans Flux PEEC, une application dédiée à la cosimulation existe : « Conducteurs alimentés avec couplage thermique ». Il s'agit d'une application magnéto-harmonique définie par une ou plusieurs fréquences de fonctionnement.

Applications : thermique

Dans Flux 2D/3D thermique, le couplage magnéto-thermique est utilisable pour les applications suivantes :

• TP (thermique permanent)
• TT (thermique transitoire)

Dans STAR-CCM+, les applications concernées sont :

• TP (thermique permanent)

Solution apportée par Flux

Le couplage magnétothermique est accessible via le contexte multi-physique de Flux et fait partie des couplages appelés dans Flux : « cosimulations ».

De nouvelles entités/boites sont présentes dans ce contexte afin de gérer les « cosimulations ». Exemple : « données exportées », « données importées » etc.

Une fois les entités de la co-simulation définies, la communication entre les deux logiciels (que ce soit Flux-Flux ou Flux avec un autre logiciel) est entièrement gérée de manière automatique, grâce à des fichiers de synchronisation, de mise en attente ou de lancement de calcul.

Ce nouveau mécanisme remplace la rédaction de script pythons qui devaient être rédigés pour chaque simulation.

Nouvelles entités dédiées à la cosimulation dans Flux:

Environnement

Une fois la géométrie, le maillage, la physique définis et le scénario de résolution créé, le contexte multiphysique est accessible via le menu Résolution > Session de résolution multiphysique.

Solution apportée par STAR-CCM+

Du côté de STAR-CCM+, une interface présentée sous forme de Wizard appelée « Assistant de simulation » a été construite pour diriger l'utilisateur dans l'introduction des données de la cosimulation. Les données d'entrée sont équivalentes à celles dans Flux.

Synchronisation automatisée des actions

La synchronisation entre les deux logiciels se fait par fichiers :

• Le logiciel qui travaille génère un fichier de mise en attente de l'autre
• Lorsqu'il achève son export, un fichier d'autorisation de démarrage du logiciel tiers est généré
• Une fois la convergence atteinte, un fichier d'arrêt du rebouclage est généré
• Lorsque la résolution est finie ou si un problème survient durant la résolution, alors un fichier d'arrêt est généré

Données calculées et exportées dans Flux

A partir du projet Flux 2D/3D magnétique, sont exportées les densités de pertes :

• Pertes Joule : la formule dLossV est exportée, en W/m3 en chaque nœud
  
  
• Pertes Fer Bertotti ou LS : en W/m3*en chaque nœud

Dans un projet Flux PEEC, les densités volumiques de pertes Joule ρ * J² en W/m3 sont calculées et exportées.

Les valeurs des densités de pertes calculées dans Flux varient d'un pas à l'autre du processus de co-simulation car les propriétés des matériaux sont dépendantes de la température qui est mise à jour après chaque pas de calcul thermique. Exemple : ρ ( T ) ou Br ( T ) .

Données calculées et exportées dans le logiciel thermique

Dans le logiciel thermique sont exportées :

• Les températures en Kelvin en chaque nœud

Dans le logiciel thermique, les températures calculées varient d'un pas à l'autre du processus de co-simulation car les sources de chaleur (égales aux pertes) sont mises à jour après chaque pas de calcul magnétique.

Étapes principales

Dans le tableau ci-dessous sont décrites les principales étapes à suivre dans Flux magnétique pour mettre en place la cosimulation (dans Flux thermique les étapes sont similaires)