COMSOL感应加热问题

Question

请教一下各位，在进行感应加热时，出现以下计算结果可能的错误原因在哪（计算一个小时，试棒上磁通密度模大约为1，但温度还在室温）

此外，想请问一下，
1、对流换热的传热系数和材料本身的导热系数是否在数值上相等？
2、一般情况下，水冷铜管空气侧，碳纤维空气侧，氧化铝保温套管空气侧的对流换热系数应该分别是多少
恳请赐教，不胜感激！

Answer 1

以下内容由CHATGPT及阿里嘎多学长共同生成、有用望采纳：

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对于您的COMSOL感应加热问题，计算结果中试棒上的磁通密度模约为1，但温度仍保持在室温，这可能是由以下几个原因造成的：

1. 初始和边界条件：确保您已经设置了正确的初始温度和边界条件。如果试棒的初始温度设为室温，并且边界条件没有考虑任何外部加热或冷却效应，那么模型可能会很难升温，特别是如果边界是绝热的。

2. 热源计算：检查电磁场计算是否正确产生热源，即焦耳热。在感应加热中，电流在交变磁场的作用下在材料中诱导出涡电流，这些涡电流产生的热量是加热的主要来源。如果这部分计算不准确，可能会导致加热效果不足。

3. 求解设置：求解器的设置也可能影响结果。比如时间步长、收敛标准和迭代次数可能需要调整以获得更准确的结果。过大的时间步长可能导致温度变化不明显。

4. 材料属性：确认使用的材料属性（如比热容、导热率、热扩散率）是否正确，并且随温度变化的特性是否被考虑。

5. 数值稳定性：之前提到的“找到未定义的刚度矩阵”错误可能是数值稳定性问题的一个例子。这可能需要检查网格质量、求解器设置和物理方程的配置。

对于您的第二个问题：

1. 对流换热系数 和 材料导热系数 不是同一个概念。对流换热系数描述的是流体与固体表面之间的热交换效率，而导热系数是材料内部传导热量的能力。它们在数值上通常不相等，且对流换热系数会受到流体性质（如流速、温度、粘度）、表面粗糙度和重力等因素的影响。

2. 对于具体的对流换热系数值，这是一个复杂的问题，因为它们取决于很多因素。以下是一些一般性的估计值：

   • 水冷铜管空气侧：对于强制对流，空气流过铜管外壁时的对流换热系数可以大约在10到100 W/(m²·K)范围内，具体取决于风速、管的几何形状和环境条件。

   • 碳纤维空气侧：碳纤维的热性能各异，但其表面与空气的对流换热系数通常较低，大约在5到20 W/(m²·K)之间，因为碳纤维的表面通常比较光滑，导致自然对流较差。

   • 氧化铝保温套管空气侧：氧化铝是一种绝缘材料，其表面对流换热系数较低，大概在2到10 W/(m²·K)，取决于其表面处理和环境。

请注意，这些数值是大致估计，实际应用中应参考实验数据或工程手册获取更精确的值。在COMSOL中，您可以使用内置的对流换热模型来计算这些系数，或者输入实验测定的值。