如何模拟电缆的电磁加热

美国几乎可以看到架空电缆，但是但是架空有许多我们不到到的的地下地下地下地下地下电缆电缆。。。地下地下电缆电缆具有具有防止防止防止风雪侵害优点缺点是发热，从而导致绝缘下降。。。本篇博文，我们我们看看在在在在在^®软件中电磁加热进行。。

地下电缆的性能

典型的相由一三根导电组成每条单独的电缆是是绞合，这这由根绞合并合并的电线电线组成组成组成组成电线组成电线电线电线电线电线具有具有具有良好的的电接触。电缆具有具有具有具有具有具有可电纸管液体甚至加压加压可用作最后最后最后最后最后最后最后，将将。。。。。。。。缘体将将将将整个整个整个电缆电缆电缆电缆束束封装封装封装在在在影响。

左：地下三相。：埋入式埋入式相的横截面。。。

流经电缆产生随变化磁场，这磁场磁场电缆电缆以及周围金属金属护套和金属金属箔中引起感应感应焦耳加热和感应加热联合效应，之后开始发热，可能其。，我们因此，我们我们因此

（（（（（（（））对周围电学特性有一个的。。。

讲上，还有多的。周围土壤热会会根据其其成分成分成分成分和和湿度湿度有所不同不同。。电缆电缆内部电缆电缆和较气隙，从而从而极改变电缆的峰值温度。

下面，comsol多物理学对对对类型电缆建模。。

地下电缆中电磁场建模

可以合理长长长，且且且相对均匀。假设假设使使我们我们可以可以可以通过通过二维横二维横截面截面，如截面截面切面切面截面截面截面截面如如如如如如如如上面示意示意图图所所所来简化简化简化简化简化简化固定频率，以及以及大流值。

我们假定的束具有良好电接触，将将接触接触接触铜线中视为中视为一一个个均匀均匀的的域域域域域域，电流线圈特征来铜电缆，如如的截图所。施加的：1 [ka]*exp（-i*120 [deg]）。

也就是，有1ka的峰值这根电缆电缆，但电缆电缆电缆电缆电缆

使用“线圈”特征设置其中一根的。其他根电缆电缆传输的的的

接下来，我们金属薄层。如果层厚度小小小小小，则其他尺寸小小小尺寸通过的内部一材料属性。该的我们不需要显式显式地对几何几何模型模型进行进行进行建模建模

可以输入层和属性的过渡边界。。

可以在延伸距离。。由于想的的速度速度速度，因此的的的的的对对电缆电缆电缆电缆周围周围周围土壤土壤区域区域进行建模建模建模建模。。我们通过通过研究逐渐逐渐扩大扩大扩大域，解的最。过程我们关于关于关于为线圈建模选择条件的博客描述。下图示分析结果显示磁场和周期平均平均平均损耗损耗损耗

电缆束和的，箭头箭头磁场箭头相对于磁场按按缩放缩放。。

在comsol多物理学^®中预测温度上升

对电缆上升建模似乎相对简单简单简单简单只将计算出的损耗损耗纳入热模型即即将将固体传热物理场接口到中，并并多多多物理场分支中，使用预定义功能电磁和之间建立耦合无论是无论是频域-稳态还是频域-瞬态研究类型，都在中求解问题，而电磁问题稳态时域内。。

用于双向的电磁加热模型频域频域-稳态求和多物理场。。

使用薄层边界条件

，即使现在简单简单简单，我们我们需要谨记一些点以及我们我们要要了解的的软件功能功能。。首先。首先。。。。首先。。。。。。电缆电缆电缆电缆层层建模。此，我们使用“薄层”，该边界，该条件可以为为为为热薄近似，热厚近似或常规层，如如截图所。。

当材料层热导率其周围高得多时，热薄近似选项是；而对于相对较的的，使用，使用热厚近似选项比较任何情况，即情况情况存在法向和切向的，应常规选项。选项均允许指定层和和，并且，并且常规选项还我们最多多多个个不同层的。。

薄层边界条件。

薄层的条件已知厚度特性的的的材料层材料层我们需要需要考虑考虑考虑两种种材料材料材料材料接触接触接触时时时产生产生的的热阻热阻热阻。以下情况情况时

• 被压到的固体材料热传导热传导
• 通过空气薄层传热
• 暴露表面之间辐射传热

如下面截图示，这些这些都通过通过通过热接触功能进行建模。

热接触功能方程。

（（（（）），如下计算计算来来来来来来计算计算计算计算计算计算计算计算（（（并并并并并与之合合合）

• 电子封装散热器之间的热阻热阻
• 接触开关

模拟热环境域

接下来，我们需要环境。环境的变化变化变化，这变化，这会直接影响电缆电缆电缆温度温度。。。周围周围周围周围周围周围周围的的的的的的土壤土壤土壤土壤土壤，，，，，，，，，混凝土混凝土混凝土混凝土混凝土混凝土混凝土混凝土混凝土混凝土和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和和从刚好刚好超过1000kg/m³（松散的土壤的密度密度³（（（）。。。。。它们的的材料材料比热比热也也也从从从从也也也也比热比热比热比热比热比热比热材料材料比热比热比热材料比热比热比热材料比热比热比热比热比热比热比热比热比热材料材料材料比热比热比热材料比热材料比热材料材料材料比热材料材料材料材料材料材料材料材料材料材料材料材料材料材料材料材料材料材料材料材料材料材料材料1500J/kg/kg/kg/k不等此外，这些相差一个：从0.2w/m/k到4w/m/k。，引入，引入热系数有有帮助\ alpha = \ frac {k} {\ rho c_p}。并且材料而，它们它们的为为为为10^{ - 8} -10^{ - 5} m^2/s。

土壤热外外，表面表面表面热边界条件少很很好地地定义定义定义定义。。表面表面有有对的的对流冷却局部和影响。，枯叶例如例如堆积的积雪可以充当非常好

幸运是，由于被足够深，通常足够深的这些变化变化变化。。。

1. 代表不同和的太阳热的热通量边界条件
2. 代表对到环境空气的热通量边界条件
3. 漫反射条件，表示辐射冷却等效温度温度温度

我们在之前博客文章中过过过过和周围空气空气美国美国取暖，，制冷制冷和空调空调工程师协会协会协会气象站气象站气象站数据库数据库数据库数据库数据库数据库数据库中中中中中中中中输入输入输入输入输入输入输入输入。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。。有效有效有效有效有效有效有效有效有效有效有效有效有效有效有效有效有效有效有效有效有效有效有效有效的的大约大约大约大约大约大约大约大约大约大约大约大约大约大约大约大约大约大约大约大约大约大约大约大约温度云层云层

还考虑的宽度和深度。需要的土壤域土壤域土壤域土壤域土壤域土壤域土壤域土壤域土壤域土壤域土壤域土壤域土壤域土壤域使边界边界边界条件条件条件条件不不不不不会会会影响结果影响结果结果。。。。。。对于对于对于对于随时间随时间随时间的的距离d可表示为d = \ sqrt {\ frac {\ tau \ alpha} {2 \ pi}}}。

热条件一中呈变化变化，并且正弦正弦正弦非常高高，根据非常高高高高高高非常经验法则则则则一一个个较较合理的的做法做法做法是是是模拟模拟以下以下地表至至至至至至至至底部边界，底部边界条件为为温度。使用条件将将底部的的温度温度固定为全全年的平均表面温度。这是是是一

我们可以范围范围范围，以土壤土壤土壤温度。。。。，如果当然当然，如果当然当然当然

求解模型

我们可以使用频域-稳态或频域-瞬态研究来这两种方法都对麦克斯韦的进行求解求解求解的的的的的的分析均已已，这已，这相当假设假设假设假设假设峰值温度，而且还给出材料在下的持续时间。

下面的显示典型的设置和示例。。

电缆的模型具有的模拟因为强度迅速迅速下降，所以下降下降下降下降下降下降

结束语

本篇博文，我们展示实用于计算地下温度升高的的的^®软件建模求决类类问题，请问题，请请，由于变化变化变化的的的的热环境环境环境环境，，，不准确准确准确土壤土壤土壤特性特性特性特性特性当然，comsol多物理（a ac/dc/dc和模块）是是很的工具，它工具，它它这些情况情况

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延伸阅读

• 在comsol博客博客了解电磁仿真的更：
  • 如何在建模的条件之间进行选择
  • 如何对磁悬浮装置进行建模
  • iter托卡马克托卡马克的分析分析
  • 使用应用程序简化简化电容式设计设计
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