Дзякуй за наведванне Nature.com.Вы выкарыстоўваеце версію браўзера з абмежаванай падтрымкай CSS.Для найлепшага вопыту мы рэкамендуем вам выкарыстоўваць абноўлены браўзер (або адключыць рэжым сумяшчальнасці ў Internet Explorer).Тым часам, каб забяспечыць пастаянную падтрымку, мы паказваем сайт без стыляў і JavaScript.
З-за эксплуатацыйных выдаткаў і даўгавечнасці рухавіка надзвычай важная правільная стратэгія кіравання тэмпературай рухавіка.У гэтым артыкуле распрацавана стратэгія тэрмічнага кіравання для асінхронных рухавікоў, каб забяспечыць большую трываласць і павысіць эфектыўнасць.Акрамя таго, быў праведзены шырокі агляд літаратуры аб метадах астуджэння рухавіка.У якасці асноўнага выніку даецца цеплавой разлік магутнага асінхроннага рухавіка з паветраным астуджэннем з улікам вядомай задачы размеркавання цяпла.Акрамя таго, гэта даследаванне прапануе комплексны падыход з дзвюма або больш стратэгіямі астуджэння для задавальнення бягучых патрэб.Было праведзена лікавае даследаванне мадэлі асінхроннага рухавіка з паветраным астуджэннем магутнасцю 100 кВт і палепшанай мадэлі тэрмічнага кіравання таго ж рухавіка, дзе значнае павышэнне эфектыўнасці рухавіка дасягаецца за кошт спалучэння паветранага астуджэння і інтэграванай сістэмы вадзянога астуджэння. выкананы.Інтэграваная сістэма з паветраным і вадзяным астуджэннем вывучалася з выкарыстаннем версій SolidWorks 2017 і ANSYS Fluent 2021.Тры розныя патокі вады (5 л/мін, 10 л/мін і 15 л/мін) былі прааналізаваны ў параўнанні са звычайнымі асінхроннымі рухавікамі з паветраным астуджэннем і правераны з дапамогай даступных апублікаваных рэсурсаў.Аналіз паказвае, што для розных расходаў (5 л/мін, 10 л/мін і 15 л/мін адпаведна) мы атрымалі адпаведнае зніжэнне тэмпературы на 2,94%, 4,79% і 7,69%.Такім чынам, вынікі паказваюць, што ўбудаваны асінхронны рухавік можа эфектыўна зніжаць тэмпературу ў параўнанні з асінхронным рухавіком з паветраным астуджэннем.
Электрарухавік - адно з ключавых вынаходстваў сучаснага машынабудавання.Электрычныя рухавікі выкарыстоўваюцца ва ўсім, ад бытавой тэхнікі да транспартных сродкаў, у тым ліку ў аўтамабільнай і аэракасмічнай прамысловасці.У апошнія гады папулярнасць асінхронных рухавікоў (АМ) павялічылася з-за іх высокага пускавога моманту, добрага рэгулявання хуткасці і ўмеранай перагрузачнай здольнасці (мал. 1).Асінхронныя рухавікі не толькі прымушаюць вашыя лямпачкі свяціцца, але і сілкуюць большасць гаджэтаў у вашым доме, ад зубной шчоткі да Tesla.Механічная энергія ў ІМ ствараецца кантактам магнітнага поля абмотак статара і ротара.Акрамя таго, IM з'яўляецца жыццяздольным варыянтам з-за абмежаваных запасаў рэдказямельных металаў.Аднак галоўным недахопам AD з'яўляецца тое, што іх тэрмін службы і эфектыўнасць вельмі адчувальныя да тэмпературы.Асінхронныя рухавікі спажываюць каля 40% электраэнергіі ў свеце, што павінна прывесці нас да думкі, што кіраванне энергаспажываннем гэтых машын мае вырашальнае значэнне.
Ураўненне Арэніуса сцвярджае, што пры павышэнні працоўнай тэмпературы на кожныя 10°C тэрмін службы ўсяго рухавіка скарачаецца ўдвая.Такім чынам, для забеспячэння надзейнасці і павышэння прадукцыйнасці машыны неабходна звярнуць увагу на термоконтроль артэрыяльнага ціску.Раней цеплавым аналізам не звярталі ўвагі, і распрацоўшчыкі рухавікоў разглядалі праблему толькі на перыферыі, грунтуючыся на вопыце праектавання або іншых памерных зменных, такіх як шчыльнасць току абмоткі і г.д. Гэтыя падыходы прыводзяць да прымянення вялікіх запасаў трываласці для горшага умоў нагрэву корпуса, што прыводзіць да павелічэння памеру машыны і, такім чынам, павелічэння кошту.
Існуе два тыпы цеплавога аналізу: аналіз злучэння ланцугоў і лікавыя метады.Асноўная перавага аналітычных метадаў - магчымасць хуткага і дакладнага правядзення разлікаў.Тым не менш, неабходна прыкласці значныя намаганні, каб вызначыць схемы з дастатковай дакладнасцю для мадэлявання цеплавых шляхоў.З іншага боку, лікавыя метады груба падзяляюцца на вылічальную гідрадынаміку (CFD) і структурны цеплавы аналіз (STA), абодва з якіх выкарыстоўваюць аналіз канечных элементаў (FEA).Перавага лікавага аналізу ў тым, што ён дазваляе мадэляваць геаметрыю прылады.Аднак наладка сістэмы і разлікі часам могуць быць складанымі.Разгледжаныя ніжэй навуковыя артыкулы з'яўляюцца асобнымі прыкладамі цеплавога і электрамагнітнага аналізу розных сучасных асінхронных рухавікоў.Гэтыя артыкулы падштурхнулі аўтараў да вывучэння цеплавых з'яў у асінхронных рухавіках і метадаў іх астуджэння.
Піль-Ван Хан1 займаўся цеплавым і электрамагнітным аналізам МІ.Метад аналізу з канцэнтраванымі ланцугамі выкарыстоўваецца для цеплавога аналізу, а зменлівы ў часе магнітны метад канечных элементаў выкарыстоўваецца для электрамагнітнага аналізу.Каб належным чынам забяспечыць абарону ад цеплавой перагрузкі ў любым прамысловым прымяненні, тэмпература абмоткі статара павінна быць надзейна ацэненая.Ахмед і інш.2 прапанавалі мадэль цеплавой сеткі больш высокага парадку, заснаваную на глыбокіх цеплавых і тэрмадынамічных меркаваннях.Распрацоўка метадаў цеплавога мадэлявання для мэт прамысловай цеплааховы прыносіць карысць з аналітычных рашэнняў і ўліку цеплавых параметраў.
Nair et al.3 выкарысталі камбінаваны аналіз 39 кВт IM і трохмерны лікавы цеплавы аналіз для прагназавання размеркавання цяпла ў электрычнай машыне.Ying et al.4 прааналізавалі цалкам закрытыя IM з астуджэннем вентылятарам (TEFC) з 3D-ацэнкай тэмпературы.Месяц і інш.5 вывучаў уласцівасці цеплавога патоку IM TEFC з дапамогай CFD.Мадэль пераходу рухавіка LPTN была дадзена Тодам і інш.6.Эксперыментальныя тэмпературныя даныя выкарыстоўваюцца разам з разліковымі тэмпературамі, атрыманымі з прапанаванай мадэлі LPTN.Peter et al.7 выкарыстоўвалі CFD для вывучэння патоку паветра, які ўплывае на цеплавыя паводзіны электрарухавікоў.
Кабрал і інш8 прапанавалі простую цеплавую мадэль IM, у якой тэмпература машыны была атрымана шляхам прымянення ўраўнення дыфузіі цяпла цыліндра.Nategh et al.9 вывучалі сістэму цягавага рухавіка з самавентыляцыяй з дапамогай CFD для праверкі дакладнасці аптымізаваных кампанентаў.Такім чынам, лікавыя і эксперыментальныя даследаванні могуць быць выкарыстаны для мадэлявання цеплавога аналізу асінхронных рухавікоў, гл. мал.2.
Yinye et al.10 прапанавалі дызайн для паляпшэння цеплавога кіравання за кошт выкарыстання агульных цеплавых уласцівасцей стандартных матэрыялаў і агульных крыніц страты дэталяў машыны.Марка і інш.11 прадставілі крытэрыі праектавання сістэм астуджэння і вадзяных кашуляў для кампанентаў машын з выкарыстаннем мадэляў CFD і LPTN.Yaohui et al.12 даюць розныя рэкамендацыі па выбары падыходнага метаду астуджэння і ацэнцы прадукцыйнасці на ранніх этапах працэсу праектавання.Нэл і інш.13 прапанавалі выкарыстоўваць мадэлі для сумеснага электрамагнітна-цеплавога мадэлявання для зададзенага дыяпазону значэнняў, узроўню дэталізацыі і вылічальнай магутнасці для мультыфізічнай задачы.Jean et al.14 і Kim et al.15 даследавалі размеркаванне тэмпературы асінхроннага рухавіка з паветраным астуджэннем з выкарыстаннем 3D-спараванага FEM поля.Разлічыце ўваходныя даныя з дапамогай трохмернага аналізу поля віхравых токаў, каб знайсці страты Джоўля і выкарыстоўваць іх для цеплавога аналізу.
Michel et al.16 параўноўвалі звычайныя цэнтрабежныя вентылятары астуджэння з восевымі вентылятарамі розных канструкцый шляхам мадэлявання і эксперыментаў.Адна з гэтых канструкцый дасягнула невялікіх, але істотных паляпшэнняў эфектыўнасці рухавіка пры захаванні той жа працоўнай тэмпературы.
Lu et al.17 выкарыстоўвалі метад эквівалентнай магнітнай ланцуга ў спалучэнні з мадэллю Бальеці для ацэнкі страт жалеза на вале асінхроннага рухавіка.Аўтары мяркуюць, што размеркаванне шчыльнасці магнітнага патоку ў любым перасеку ўнутры шпіндзельнага рухавіка раўнамерна.Яны параўналі свой метад з вынікамі аналізу канчатковых элементаў і эксперыментальных мадэляў.Гэты метад можна выкарыстоўваць для экспрэс-аналізу ІМ, але яго дакладнасць абмежаваная.
18 прадстаўлены розныя метады аналізу электрамагнітнага поля лінейных асінхронных рухавікоў.Сярод іх апісаны метады ацэнкі страт магутнасці ў рэактыўных рэйках і метады прагназавання павышэння тэмпературы цягавых лінейных асінхронных рухавікоў.Гэтыя метады могуць быць выкарыстаны для павышэння эфектыўнасці пераўтварэння энергіі лінейных асінхронных рухавікоў.
Забдур і інш.19 даследаваў прадукцыйнасць халадзільных кашуляў з дапамогай трохмернага лікавага метаду.Астуджальная рубашка выкарыстоўвае ваду ў якасці асноўнай крыніцы цепланосбіта для трохфазнага IM, што важна для магутнасці і максімальных тэмператур, неабходных для перапампоўкі.Рыпель і інш.20 запатэнтавалі новы падыход да сістэм вадкаснага астуджэння, які называецца папярочным ламінаваным астуджэннем, у якім холадагент цячэ папярочна праз вузкія вобласці, утвораныя адтулінамі ў магнітным ламінаванні адзін аднаго.Дэрысзадэ і інш.21 эксперыментальна даследаваў астуджэнне цягавых рухавікоў у аўтамабільнай прамысловасці з дапамогай сумесі этыленгліколя і вады.Ацэнка прадукцыйнасці розных сумесяў з CFD і 3D-аналізам турбулентнай вадкасці.Даследаванне мадэлявання, праведзенае Boopathi і інш.22, паказала, што дыяпазон тэмператур для рухавікоў з вадзяным астуджэннем (17-124°C) значна меншы, чым для рухавікоў з паветраным астуджэннем (104-250°C).Максімальная тэмпература алюмініевага рухавіка з вадзяным астуджэннем зніжана на 50,4%, а максімальная тэмпература рухавіка з вадзяным астуджэннем PA6GF30 - на 48,4%.Bezukov et al.23 ацанілі ўплыў адукацыі накіпу на цеплаправоднасць сценкі рухавіка з сістэмай вадкаснага астуджэння.Даследаванні паказалі, што аксідная плёнка таўшчынёй 1,5 мм зніжае цеплааддачу на 30%, павялічвае расход паліва і зніжае магутнасць рухавіка.
Tanguy et al.24 праводзілі эксперыменты з рознымі хуткасцямі патоку, тэмпературай алею, хуткасцямі кручэння і рэжымамі ўпырску для электрарухавікоў з выкарыстаннем змазачнага алею ў якасці астуджальнай вадкасці.Была ўстаноўлена моцная ўзаемасувязь паміж хуткасцю патоку і агульнай эфектыўнасцю астуджэння.Ha et al.25 прапанавалі выкарыстоўваць кропельныя сопла ў якасці соплаў для раўнамернага размеркавання алейнай плёнкі і максімальнай эфектыўнасці астуджэння рухавіка.
Nandi et al.26 прааналізавалі ўплыў L-вобразных плоскіх цеплавых трубак на прадукцыйнасць рухавіка і кіраванне тэмпературай.Частка выпарніка цеплавой трубкі ўсталёўваецца ў корпус рухавіка або закопваецца ў вал рухавіка, а частка кандэнсатара ўсталёўваецца і астуджаецца цыркулявалай вадкасцю або паветрам.Белетр і інш.27 вывучаў сістэму цвёрда-вадкаснага астуджэння PCM для пераходнага статара рухавіка.PCM прамакае галоўкі абмоткі, зніжаючы тэмпературу гарачай кропкі за кошт захоўвання схаванай цеплавой энергіі.
Такім чынам, прадукцыйнасць рухавіка і тэмпература ацэньваюцца з дапамогай розных стратэгій астуджэння, гл. мал.3. Гэтыя контуры астуджэння прызначаны для кантролю тэмпературы абмотак, пласцін, галовак абмоткі, магнітаў, каркаса і канцавых пласцін.
Сістэмы вадкаснага астуджэння вядомыя сваёй эфектыўнай цеплааддачай.Аднак прапампоўка астуджальнай вадкасці вакол рухавіка спажывае шмат энергіі, што зніжае эфектыўную магутнасць рухавіка.Сістэмы паветранага астуджэння, з іншага боку, з'яўляюцца шырока выкарыстоўваным метадам з-за іх нізкай кошту і прастаты мадэрнізацыі.Аднак ён па-ранейшаму менш эфектыўны, чым сістэмы вадкаснага астуджэння.Неабходны комплексны падыход, які можа спалучаць высокую прадукцыйнасць цеплааддачы сістэмы з вадкасным астуджэннем з нізкім коштам сістэмы з паветраным астуджэннем без спажывання дадатковай энергіі.
У гэтым артыкуле пералічваюцца і аналізуюцца страты цяпла ў AD.Механізм гэтай праблемы, а таксама нагрэў і астуджэнне асінхронных рухавікоў тлумачыцца ў раздзеле "Страты цяпла ў асінхронных рухавіках" у раздзеле "Стратэгіі астуджэння".Цеплавыя страты стрыжня асінхроннага рухавіка пераўтвараюцца ў цяпло.Такім чынам, у гэтым артыкуле абмяркоўваецца механізм перадачы цяпла ўнутры рухавіка шляхам кандукцыі і вымушанай канвекцыі.Цеплавое мадэляванне IM з выкарыстаннем ураўненняў бесперапыннасці, Навье-Стокса / імпульсу і ўраўненняў энергіі паведамляецца.Даследчыкі правялі аналітычныя і лікавыя цеплавыя даследаванні IM для ацэнкі тэмпературы абмотак статара з адзінай мэтай кантролю цеплавога рэжыму электрарухавіка.Гэты артыкул прысвечаны цеплавому аналізу IM з паветраным астуджэннем і цеплавому аналізу інтэграваных IM з паветраным і вадзяным астуджэннем з дапамогай мадэлявання САПР і мадэлявання ANSYS Fluent.І цеплавыя перавагі інтэграванай палепшанай мадэлі сістэм паветранага і вадзянога астуджэння глыбока прааналізаваны.Як згадвалася вышэй, дакументы, пералічаныя тут, не з'яўляюцца кароткім выкладам сучаснага ўзроўню ў галіне цеплавых з'яў і астуджэння асінхронных рухавікоў, але яны паказваюць на мноства праблем, якія неабходна вырашыць, каб забяспечыць надзейную працу асінхронных рухавікоў .
Страты цяпла звычайна дзеляцца на страты медзі, страты жалеза і страты на трэнне/механічныя страты.
Страты медзі з'яўляюцца вынікам джоўлевага нагрэву з-за ўдзельнага супраціўлення правадніка і могуць быць колькасна ацэнены як 10,28:
дзе q̇g - гэта вылучанае цяпло, I і Ve - адпаведна намінальны ток і напружанне, а Re - супраціўленне медзі.
Страты жалеза, таксама вядомыя як паразітныя страты, з'яўляюцца другім асноўным тыпам страт, якія выклікаюць страты на гістэрэзіс і віхравыя токі ў АМ, у асноўным выкліканыя зменлівым у часе магнітным полем.Яны колькасна вызначаюцца пашыраным раўнаннем Штэйнмеца, чые каэфіцыенты можна лічыць сталымі або зменнымі ў залежнасці ад умоў працы10,28,29.
дзе Khn - каэфіцыент страт на гістарэзіс, атрыманы з дыяграмы страт у стрыжні, Ken - каэфіцыент страт на віхравы ток, N - гарманічны індэкс, Bn і f - пікавая шчыльнасць патоку і частата несінусоіднага ўзбуджэння адпаведна.Прыведзенае вышэй ураўненне можна яшчэ больш спрасціць наступным чынам10,29:
Сярод іх K1 і K2 - гэта каэфіцыент страт у стрыжні і страты на віхравы ток (qec), страты на гістарэзіс (qh) і лішнія страты (qex) адпаведна.
Ветравая нагрузка і страты на трэнне - дзве асноўныя прычыны механічных страт у IM.Страты ад ветру і трэння 10,
У формуле n - частата кручэння, Kfb - каэфіцыент страт на трэнне, D - вонкавы дыяметр ротара, l - даўжыня ротара, G - вага ротара 10.
Асноўны механізм перадачы цяпла ўнутры рухавіка ажыццяўляецца праз праводнасць і ўнутраны нагрэў, што вызначаецца ўраўненнем Пуасона30, прымененым да гэтага прыкладу:
Падчас працы, пасля пэўнага моманту часу, калі рухавік дасягае ўстойлівага стану, выпрацаванае цяпло можа быць прыблізна ацэнена пастаянным нагрэвам цеплавога патоку паверхні.Такім чынам, можна меркаваць, што правядзенне ўнутры рухавіка ажыццяўляецца з вылучэннем ўнутранага цяпла.
Перадача цяпла паміж рэбрамі і навакольнай атмасферай лічыцца вымушанай канвекцыяй, калі вадкасць прымушаецца рухацца ў пэўным кірунку знешняй сілай.Канвекцыю можна выказаць як 30:
дзе h - каэфіцыент цеплаперадачы (Вт/м2 К), A - плошча паверхні, а ΔT - розніца тэмператур паміж паверхняй цеплаперадачы і холадагентам, перпендыкулярнай паверхні.Лік Нусельта (Nu) з'яўляецца мерай суадносін канвектыўнага і кандуктыўнага цеплааддачы перпендыкулярна мяжы і выбіраецца на аснове характарыстык ламінарнага і турбулентнага патоку.Згодна з эмпірычным метадам лік Нусельта турбулентнага патоку звычайна звязваюць з лікам Рэйнальдса і лікам Прандтля, якія выражаюцца як 30:
дзе h — каэфіцыент канвектыўнай цеплааддачы (Вт/м2·К), l — характэрная даўжыня, λ — цеплаправоднасць вадкасці (Вт/м·К), а лік Прандтля (Pr) — мера адносіны каэфіцыент дыфузіі імпульсу да цеплаправоднасці (або хуткасці і адноснай таўшчыні цеплавога памежнага пласта), які вызначаецца як 30:
дзе k і cp — цеплаправоднасць і ўдзельная цеплаёмістасць вадкасці адпаведна.Наогул паветра і вада з'яўляюцца найбольш распаўсюджанымі астуджальнымі вадкасцямі для электрарухавікоў.Уласцівасці вадкасці паветра і вады пры тэмпературы навакольнага асяроддзя паказаны ў табліцы 1.
Цеплавое мадэляванне IM заснавана на наступных дапушчэннях: 3D-стацыянарны стан, турбулентны паток, паветра з'яўляецца ідэальным газам, нязначнае выпраменьванне, ньютанаўская вадкасць, несціскальная вадкасць, умова адсутнасці слізгацення і пастаянныя ўласцівасці.Такім чынам, для выканання законаў захавання масы, імпульсу і энергіі ў вадкай вобласці выкарыстоўваюцца наступныя ўраўненні.
У агульным выпадку раўнанне захавання масы роўна чыстаму масавым патоку ў ячэйку з вадкасцю, які вызначаецца па формуле:
Згодна з другім законам Ньютана, хуткасць змены імпульсу вадкай часціцы роўная суме сіл, якія на яе дзейнічаюць, а агульнае ўраўненне захавання імпульсу можна запісаць у вектарнай форме:
Члены ∇p, ∇∙τij і ρg у прыведзеным вышэй раўнанні ўяўляюць ціск, глейкасць і сілу цяжару адпаведна.Астуджальныя асяроддзя (паветра, вада, алей і г.д.), якія выкарыстоўваюцца ў якасці астуджальных вадкасцей у машынах, звычайна лічацца ньютанаўскімі.Прыведзеныя тут ураўненні ўключаюць толькі лінейную залежнасць паміж напружаннем зруху і градыентам хуткасці (хуткасцю дэфармацыі), перпендыкулярным кірунку зруху.Улічваючы пастаянную глейкасць і ўстойлівы паток, ураўненне (12) можна змяніць на 31:
Згодна з першым законам тэрмадынамікі, хуткасць змены энергіі вадкай часціцы роўная суме чыстага цяпла, якое выдзяляецца вадкай часціцай, і чыстай магутнасці, вырабленай вадкай часціцай.Для ньютанаўскай сціскальнай вязкай плыні ўраўненне захавання энергіі можа быць выражана як31:
дзе Cp — цеплаёмістасць пры сталым ціску, а член ∇ ∙ (k∇T) звязаны з цеплаправоднасцю праз мяжу вадкай ячэйкі, дзе k пазначае цеплаправоднасць.Пераўтварэнне механічнай энергіі ў цеплавую разглядаецца з пункту гледжання \(\varnothing\) (г.зн. функцыі вязкай дысіпацыі) і вызначаецца як:
Дзе \(\rho\) — шчыльнасць вадкасці, \(\mu\) — глейкасць вадкасці, u, v і w — патэнцыял напрамку x, y, z хуткасці вадкасці адпаведна.Гэты тэрмін апісвае пераўтварэнне механічнай энергіі ў цеплавую, і яго можна ігнараваць, таму што ён важны толькі тады, калі глейкасць вадкасці вельмі высокая і градыент хуткасці вадкасці вельмі вялікі.У выпадку ўстойлівага патоку, пастаяннай удзельнай цеплыні і цеплаправоднасці ўраўненне энергіі мадыфікуецца наступным чынам:
Гэтыя асноўныя ўраўненні вырашаюцца для ламінарнага патоку ў дэкартавай сістэме каардынат.Аднак, як і многія іншыя тэхнічныя праблемы, праца электрычных машын у першую чаргу звязана з турбулентнымі патокамі.Такім чынам, гэтыя ўраўненні мадыфікуюцца для фарміравання метаду асераднення Рэйнальдса Навье-Стокса (RANS) для мадэлявання турбулентнасці.
У дадзенай працы была абраная праграма CFD-мадэлявання ANSYS FLUENT 2021 з адпаведнымі гранічнымі ўмовамі, напрыклад разгляданая мадэль: асінхронны рухавік з паветраным астуджэннем магутнасцю 100 кВт, дыяметр ротара 80,80 мм, дыяметр статара 83,56 мм (унутраны) і 190 мм (вонкавы), паветраны зазор 1,38 мм, агульная даўжыня 234 мм, колькасць , таўшчыня рэбраў 3 мм..
Затым мадэль рухавіка SolidWorks з паветраным астуджэннем імпартуецца ў ANSYS Fluent і мадэлюецца.Акрамя таго, атрыманыя вынікі правяраюцца, каб пераканацца ў дакладнасці выкананага мадэлявання.Акрамя таго, інтэграваны IM з паветраным і вадзяным астуджэннем быў змадэляваны з дапамогай праграмнага забеспячэння SolidWorks 2017 і змадэляваны з дапамогай праграмнага забеспячэння ANSYS Fluent 2021 (малюнак 4).
Дызайн і памеры гэтай мадэлі навеяны алюмініевай серыяй Siemens 1LA9 і змадэляваны ў SolidWorks 2017. Мадэль была крыху зменена ў адпаведнасці з патрэбамі праграмнага забеспячэння для мадэлявання.Змяняйце мадэлі САПР, выдаляючы непажаданыя дэталі, закругленні, фаскі і многае іншае пры мадэляванні з дапамогай ANSYS Workbench 2021.
Новаўвядзеннем канструкцыі з'яўляецца вадзяная кашуля, даўжыня якой была вызначана па выніках мадэлявання першай мадэлі.Некаторыя змены былі ўнесены ў мадэляванне вадзяной курткі, каб атрымаць лепшыя вынікі пры выкарыстанні таліі ў ANSYS.Розныя часткі IM паказаны на мал.5а–е.
(А).Ядро ротара і вал IM.(b) Ядро статара IM.(c) абмотка статара IM.(D) Знешняя рамка МІ.(e) вадзяная кашуля IM.f) спалучэнне мадэляў IM з паветраным і вадзяным астуджэннем.
Вентылятар, усталяваны на вале, забяспечвае пастаянны паток паветра 10 м/с і тэмпературу 30 °C на паверхні рэбраў.Значэнне паказчыка выбіраецца выпадковым чынам у залежнасці ад магутнасці артэрыяльнага ціску, аналізаванага ў гэтым артыкуле, большага, чым паказана ў літаратуры.Гарачая зона ўключае ротар, статар, абмоткі статара і стрыжні клеткі ротара.Матэрыялы статара і ротара - сталь, абмоткі і стрыжні клеткі - медзь, каркас і рэбры - алюміній.Цяпло, якое выпрацоўваецца ў гэтых абласцях, узнікае з-за электрамагнітных з'яў, такіх як нагрэў Джоўля, калі знешні ток праходзіць праз медную катушку, а таксама змены ў магнітным полі.Хуткасці цеплавыдзялення розных кампанентаў былі ўзяты з розных даступных літаратур для IM 100 кВт.
Інтэграваныя IM з паветраным і вадзяным астуджэннем, у дадатак да вышэйзгаданых умоў, таксама ўключалі вадзяную кашулю, у якой былі прааналізаваны магчымасці цеплаперадачы і патрабаванні да магутнасці помпы для розных расходаў вады (5 л/мін, 10 л/мін). і 15 л/мін).Гэты клапан быў абраны ў якасці мінімальнага клапана, паколькі вынікі істотна не змяніліся для патокаў ніжэй за 5 л/мін.Акрамя таго, у якасці максімальнага значэння была абраная хуткасць патоку 15 л/мін, паколькі магутнасць напампоўкі значна павялічылася, нягледзячы на тое, што тэмпература працягвала падаць.
Розныя мадэлі IM былі імпартаваныя ў ANSYS Fluent і далей адрэдагаваныя з дапамогай ANSYS Design Modeler.Далей вакол AD быў пабудаваны каробчаты кажух памерамі 0,3 × 0,3 × 0,5 м для аналізу руху паветра вакол рухавіка і вывучэння адводу цяпла ў атмасферу.Аналагічныя аналізы былі праведзены для інтэграваных IM з паветраным і вадзяным астуджэннем.
Мадэль IM мадэлюецца з выкарыстаннем лікавых метадаў CFD і FEM.Сеткі ўбудоўваюцца ў CFD, каб падзяліць дамен на пэўную колькасць кампанентаў, каб знайсці рашэнне.Тэтраэдральныя сеткі з адпаведнымі памерамі элементаў выкарыстоўваюцца для агульнай складанай геаметрыі кампанентаў рухавіка.Усе інтэрфейсы былі залітыя 10 пластамі для атрымання дакладных вынікаў цеплааддачы паверхні.Геаметрыя сеткі двух мадэляў МІ паказана на мал.6а, б.
Ураўненне энергіі дазваляе вывучаць цеплаабмен у розных зонах рухавіка.Мадэль турбулентнасці K-эпсілон са стандартнымі функцыямі сценкі была выбрана для мадэлявання турбулентнасці вакол знешняй паверхні.Мадэль улічвае кінетычную энергію (Ek) і турбулентную дысіпацыю (эпсілон).Медзь, алюміній, сталь, паветра і вада былі выбраны па іх стандартных уласцівасцях для выкарыстання ў адпаведных прылажэннях.Паказчыкі рассейвання цяпла (гл. Табліцу 2) прыводзяцца ў якасці ўваходных дадзеных, а розныя ўмовы зоны акумулятара ўсталёўваюцца на 15, 17, 28, 32. Хуткасць паветра над корпусам рухавіка была ўстаноўлена роўнай 10 м/с для абедзвюх мадэляў рухавікоў, а ў акрамя таго, для вадзяной кашулі былі ўлічаны тры розныя расходы вады (5 л/мін, 10 л/мін і 15 л/мін).Для большай дакладнасці нястачы для ўсіх ураўненняў былі зададзены роўнымі 1 × 10–6.Выберыце алгарытм SIMPLE (паўняяўны метад для ўраўненняў ціску) для рашэння ўраўненняў Навье Прайм (NS).Пасля завяршэння гібрыднай ініцыялізацыі ўстаноўка выканае 500 ітэрацый, як паказана на малюнку 7.
Час публікацыі: 24 ліпеня 2023 г