电磁场建模

将通过麦克斯韦等式从数学角度说明感应加热的电磁现象。

不同形式的麦克斯韦等式可以改写成:

(利用安培定律)[1]

(利用法拉第定律)[2]

(利用高斯定律)[3]

(利用高斯定律)[4]

其中:

可以按照以下等式并,利用电磁材料属性介电常数 和磁导率 关联:

[5]

[6]

麦克斯韦等式可以利用欧姆定律进一步简化:

[7]

将等式 [5] 和 [7] 代入等式 [1] 中,注意电流频率小于 10 MHz,感生电流 大于位移电流密度 ,因此可忽略此项,则等式 [1] 可以改写成:

[8]

由于磁通量密度 满足等式 [3] 中的零散度,因此可将其表达为磁矢量势 ,例如:

[9]

将等式 [9] 代入等式 [2] 中,即得出以下等式:

[10]

因此,

[11]

其中 是电标势。等式 [7] 现变为:

[12]

其中 是线圈中的源电流密度的振幅,由以下等式得出:

[13]

将等式 [6]、[9] 和 [12] 代入等式 [8] 中得出:

[14]

现在,将三重积矢量确定等式 [15]

[15]

应用于等式 [14] 得出:

[16]

现在注意,对于一个分向量势场

[17]

则等式 [16] 简化成

[18]

对于角频率 = 2f 的正弦稳态,且单位 (rad/s),等式 [18] 变为:

[19]

时间谐波磁矢量势 解出后,磁场磁通量密度可以利用等式 [9] 得出。导体中的时间谐波感应涡流 由等式 [20] 给出:

[20]

可从该等式中得出导体中的焦耳热

[21]

焦耳热是体积热源(单位:W/m3),由导体中的涡流感应产生。

感应加热中发生的传热现象是导体内的热传导,通过用于所有模拟的瞬态热传导方程表示。

[22]

其中: