Dziękujemy za odwiedzenie Nature.com.Używasz wersji przeglądarki z ograniczoną obsługą CSS.Aby uzyskać najlepsze wrażenia, zalecamy korzystanie ze zaktualizowanej przeglądarki (lub wyłączenie trybu zgodności w Internet Explorerze).W międzyczasie, aby zapewnić stałe wsparcie, wyświetlamy witrynę bez stylów i języka JavaScript.
Ze względu na koszty eksploatacji i długowieczność silnika, niezwykle ważna jest właściwa strategia zarządzania temperaturą silnika.W tym artykule opracowano strategię zarządzania termicznego dla silników indukcyjnych, aby zapewnić lepszą trwałość i poprawić wydajność.Ponadto dokonano obszernego przeglądu literatury dotyczącej metod chłodzenia silnika.Jako główny wynik podano obliczenia cieplne silnika asynchronicznego chłodzonego powietrzem dużej mocy, uwzględniając dobrze znany problem dystrybucji ciepła.Ponadto w badaniu tym zaproponowano zintegrowane podejście obejmujące dwie lub więcej strategii chłodzenia w celu zaspokojenia bieżących potrzeb.Przeprowadzono badania numeryczne modelu silnika asynchronicznego chłodzonego powietrzem o mocy 100 kW oraz ulepszonego modelu zarządzania termicznego tego samego silnika, w którym znaczny wzrost sprawności silnika uzyskano dzięki połączeniu chłodzenia powietrzem i zintegrowanego układu chłodzenia wodą przeprowadzone.Zintegrowany system chłodzony powietrzem i wodą został zbadany przy użyciu wersji SolidWorks 2017 i ANSYS Fluent 2021.Przeanalizowano trzy różne przepływy wody (5 l/min, 10 l/min i 15 l/min) w porównaniu z konwencjonalnymi silnikami indukcyjnymi chłodzonymi powietrzem i zweryfikowano przy użyciu dostępnych opublikowanych zasobów.Z analizy wynika, że dla różnych natężeń przepływu (odpowiednio 5 l/min, 10 l/min i 15 l/min) uzyskaliśmy odpowiednie spadki temperatury o 2,94%, 4,79% i 7,69%.Dlatego wyniki pokazują, że wbudowany silnik indukcyjny może skutecznie obniżyć temperaturę w porównaniu z silnikiem indukcyjnym chłodzonym powietrzem.
Silnik elektryczny jest jednym z kluczowych wynalazków współczesnej nauki inżynierskiej.Silniki elektryczne są stosowane we wszystkim, od urządzeń gospodarstwa domowego po pojazdy, w tym w przemyśle motoryzacyjnym i lotniczym.W ostatnich latach popularność silników indukcyjnych (AM) wzrosła ze względu na ich wysoki moment rozruchowy, dobre sterowanie prędkością obrotową oraz umiarkowaną przeciążalność (rys. 1).Silniki indukcyjne nie tylko sprawiają, że Twoje żarówki świecą, ale zasilają większość gadżetów w Twoim domu, od szczoteczki do zębów po Teslę.Energia mechaniczna w IM powstaje w wyniku kontaktu pola magnetycznego uzwojeń stojana i wirnika.Ponadto IM jest realną opcją ze względu na ograniczoną podaż metali ziem rzadkich.Jednak główną wadą AD jest to, że ich żywotność i wydajność są bardzo wrażliwe na temperaturę.Silniki indukcyjne zużywają około 40% światowej energii elektrycznej, co powinno nas skłaniać do wniosku, że zarządzanie zużyciem energii przez te maszyny ma kluczowe znaczenie.
Równanie Arrheniusa mówi, że każdy wzrost temperatury roboczej o 10°C skraca żywotność całego silnika o połowę.Dlatego, aby zapewnić niezawodność i zwiększyć wydajność maszyny, należy zwrócić uwagę na termiczną kontrolę ciśnienia krwi.W przeszłości analiza termiczna była zaniedbywana, a projektanci silników rozważali problem tylko na obrzeżach, w oparciu o doświadczenie projektowe lub inne zmienne wymiarowe, takie jak gęstość prądu uzwojenia itp. Podejścia te prowadzą do zastosowania dużych marginesów bezpieczeństwa dla najgorszych warunki ogrzewania obudowy, co skutkuje zwiększeniem rozmiaru maszyny, a tym samym wzrostem kosztów.
Istnieją dwa rodzaje analizy termicznej: analiza obwodów skupionych i metody numeryczne.Główną zaletą metod analitycznych jest możliwość szybkiego i dokładnego wykonywania obliczeń.Jednak należy włożyć znaczny wysiłek w zdefiniowanie obwodów z wystarczającą dokładnością do symulacji ścieżek termicznych.Z drugiej strony metody numeryczne są z grubsza podzielone na obliczeniową dynamikę płynów (CFD) i strukturalną analizę termiczną (STA), z których obie wykorzystują analizę elementów skończonych (FEA).Zaletą analizy numerycznej jest możliwość modelowania geometrii urządzenia.Jednak konfiguracja systemu i obliczenia mogą być czasami trudne.Omówione poniżej artykuły naukowe są wybranymi przykładami analizy termicznej i elektromagnetycznej różnych współczesnych silników indukcyjnych.Artykuły te skłoniły autorów do zbadania zjawisk termicznych w silnikach asynchronicznych oraz metod ich chłodzenia.
Pil-Wan Han1 był zaangażowany w termiczną i elektromagnetyczną analizę MI.Metoda analizy obwodów skupionych jest stosowana do analizy termicznej, a zmienna w czasie metoda magnetycznych elementów skończonych jest stosowana do analizy elektromagnetycznej.Aby prawidłowo zapewnić ochronę przed przeciążeniem termicznym w dowolnym zastosowaniu przemysłowym, należy wiarygodnie oszacować temperaturę uzwojenia stojana.Ahmed i in.2 zaproponowali model sieci cieplnej wyższego rzędu, oparty na głębokich rozważaniach termicznych i termodynamicznych.Rozwój metod modelowania termicznego dla celów przemysłowej ochrony cieplnej korzysta z rozwiązań analitycznych i uwzględnienia parametrów termicznych.
Nair i wsp. 3 wykorzystali połączoną analizę IM o mocy 39 kW i numeryczną analizę termiczną 3D, aby przewidzieć rozkład cieplny w maszynie elektrycznej.Ying i wsp. 4 przeanalizowali chłodzone wentylatorem, w pełni zamknięte (TEFC) IM z oceną temperatury 3D.Księżyc i in.5 zbadał właściwości przepływu ciepła IM TEFC za pomocą CFD.Model przejścia motorycznego LPTN został podany przez Todda i wsp.6.Eksperymentalne dane temperaturowe są wykorzystywane wraz z obliczonymi temperaturami pochodzącymi z proponowanego modelu LPTN.Peter i wsp.7 wykorzystali CFD do zbadania przepływu powietrza, który wpływa na zachowanie termiczne silników elektrycznych.
Cabral i wsp.8 zaproponowali prosty model termiczny IM, w którym temperaturę maszyny uzyskano stosując równanie dyfuzji ciepła w cylindrze.Nategh i wsp. 9 badali system samowentylowanego silnika trakcyjnego, używając CFD do testowania dokładności zoptymalizowanych komponentów.Zatem badania numeryczne i eksperymentalne mogą być wykorzystane do symulacji analizy termicznej silników indukcyjnych, patrz rys.2.
Yinye i inni10 zaproponowali projekt poprawiający zarządzanie ciepłem poprzez wykorzystanie wspólnych właściwości termicznych standardowych materiałów i powszechnych źródeł strat części maszyn.Marco i wsp.11 przedstawili kryteria projektowania układów chłodzenia i płaszczy wodnych elementów maszyn z wykorzystaniem modeli CFD i LPTN.Yaohui i wsp.12 dostarczają różnych wskazówek dotyczących wyboru odpowiedniej metody chłodzenia i oceny wydajności na wczesnym etapie procesu projektowania.Nell i wsp.13 zaproponowali wykorzystanie modeli do symulacji sprzężonej elektromagnetyczno-termicznej dla zadanego zakresu wartości, poziomu szczegółowości i mocy obliczeniowej dla problemu multifizycznego.Jean i wsp. 14 oraz Kim i wsp. 15 badali rozkład temperatury silnika indukcyjnego chłodzonego powietrzem za pomocą sprzężonego pola 3D FEM.Oblicz dane wejściowe za pomocą analizy pola prądów wirowych 3D, aby znaleźć straty Joule'a i wykorzystać je do analizy termicznej.
Michel i wsp.16 porównali konwencjonalne odśrodkowe wentylatory chłodzące z wentylatorami osiowymi różnych konstrukcji poprzez symulacje i eksperymenty.W jednym z tych projektów osiągnięto niewielką, ale znaczącą poprawę wydajności silnika przy zachowaniu tej samej temperatury roboczej.
Lu i wsp.17 wykorzystali metodę równoważnego obwodu magnetycznego w połączeniu z modelem Bogliettiego do oszacowania strat żelaza na wale silnika indukcyjnego.Autorzy zakładają, że rozkład indukcji magnetycznej w dowolnym przekroju wewnątrz silnika wrzeciona jest równomierny.Porównali swoją metodę z wynikami analizy elementów skończonych i modeli eksperymentalnych.Metodę tę można wykorzystać do ekspresowej analizy MI, ale jej dokładność jest ograniczona.
18 przedstawiono różne metody analizy pola elektromagnetycznego liniowych silników indukcyjnych.Wśród nich opisano metody szacowania strat mocy w szynach biernych oraz metody przewidywania przyrostu temperatury trakcyjnych liniowych silników indukcyjnych.Metody te można wykorzystać do poprawy sprawności konwersji energii liniowych silników indukcyjnych.
Zabdura i in.19 zbadali działanie płaszczy chłodzących za pomocą trójwymiarowej metody numerycznej.Płaszcz chłodzący wykorzystuje wodę jako główne źródło chłodziwa dla trójfazowego IM, co jest ważne dla mocy i maksymalnych temperatur wymaganych do pompowania.Rippela i in.20 opatentowali nowe podejście do systemów chłodzenia cieczą, zwane poprzecznym chłodzeniem laminowanym, w którym czynnik chłodniczy przepływa poprzecznie przez wąskie obszary utworzone przez otwory w laminacie magnetycznym.Deriszade i in.21 badał eksperymentalnie chłodzenie silników trakcyjnych w przemyśle motoryzacyjnym za pomocą mieszaniny glikolu etylenowego i wody.Oceń wydajność różnych mieszanin za pomocą analizy CFD i 3D turbulentnych płynów.Badanie symulacyjne przeprowadzone przez Boopatiego i in.22 wykazało, że zakres temperatur dla silników chłodzonych wodą (17-124°C) jest znacznie mniejszy niż dla silników chłodzonych powietrzem (104-250°C).Maksymalna temperatura aluminiowego silnika chłodzonego wodą jest zmniejszona o 50,4%, a maksymalna temperatura silnika chłodzonego wodą PA6GF30 jest zmniejszona o 48,4%.Bezukov i wsp.23 ocenili wpływ tworzenia się kamienia kotłowego na przewodność cieplną ściany silnika z układem chłodzenia cieczą.Badania wykazały, że warstwa tlenku o grubości 1,5 mm zmniejsza wymianę ciepła o 30%, zwiększa zużycie paliwa i zmniejsza moc silnika.
Tanguy i wsp.24 przeprowadzili eksperymenty z różnymi prędkościami przepływu, temperaturami oleju, prędkościami obrotowymi i trybami wtrysku dla silników elektrycznych, stosując jako chłodziwo olej smarowy.Ustalono silny związek między natężeniem przepływu a ogólną wydajnością chłodzenia.Ha i wsp. 25 zasugerowali użycie dysz kropelkowych jako dysz w celu równomiernego rozprowadzenia filmu olejowego i maksymalizacji wydajności chłodzenia silnika.
Nandi i wsp.26 przeanalizowali wpływ płaskich rurek cieplnych w kształcie litery L na osiągi silnika i gospodarkę cieplną.Część parownika z rurką cieplną jest zainstalowana w obudowie silnika lub zakopana w wale silnika, a część skraplacza jest zainstalowana i chłodzona przez krążącą ciecz lub powietrze.Bellettre i in.27 badał układ chłodzenia ciało stałe-ciecz PCM dla przejściowego stojana silnika.PCM impregnuje głowice uzwojenia, obniżając temperaturę gorącego punktu poprzez magazynowanie utajonej energii cieplnej.
W związku z tym wydajność silnika i temperatura są oceniane przy użyciu różnych strategii chłodzenia, patrz rys.3. Te obwody chłodzące są przeznaczone do kontroli temperatury uzwojeń, płyt, głowic uzwojenia, magnesów, korpusu i płyt czołowych.
Systemy chłodzenia cieczą znane są z wydajnego przekazywania ciepła.Jednak pompowanie płynu chłodzącego wokół silnika zużywa dużo energii, co zmniejsza efektywną moc wyjściową silnika.Z drugiej strony systemy chłodzenia powietrzem są szeroko stosowaną metodą ze względu na niski koszt i łatwość modernizacji.Jednak nadal jest mniej wydajny niż systemy chłodzenia cieczą.Potrzebne jest zintegrowane podejście, które może połączyć wysoką wydajność wymiany ciepła systemu chłodzonego cieczą z niskim kosztem systemu chłodzonego powietrzem bez zużywania dodatkowej energii.
W tym artykule wymieniono i przeanalizowano straty ciepła w AD.Mechanizm tego problemu, a także nagrzewanie i chłodzenie silników indukcyjnych, wyjaśniono w sekcji Straty ciepła w silnikach indukcyjnych w sekcji Strategie chłodzenia.Straty ciepła rdzenia silnika indukcyjnego są przekształcane w ciepło.Dlatego w artykule omówiono mechanizm przenoszenia ciepła wewnątrz silnika na drodze przewodzenia i konwekcji wymuszonej.Przedstawiono modelowanie termiczne IM przy użyciu równań ciągłości, równań Naviera-Stokesa/pędu i równań energii.Naukowcy przeprowadzili analityczne i numeryczne badania termiczne IM w celu oszacowania temperatury uzwojeń stojana wyłącznie w celu kontrolowania reżimu termicznego silnika elektrycznego.Ten artykuł koncentruje się na analizie termicznej IM chłodzonych powietrzem i analizie termicznej zintegrowanych IM chłodzonych powietrzem i wodą przy użyciu modelowania CAD i symulacji ANSYS Fluent.A zalety termiczne zintegrowanego ulepszonego modelu systemów chłodzonych powietrzem i wodą są dogłębnie analizowane.Jak wspomniano powyżej, wymienione dokumenty nie stanowią podsumowania stanu techniki w dziedzinie zjawisk termicznych i chłodzenia silników indukcyjnych, ale wskazują na wiele problemów, które należy rozwiązać, aby zapewnić niezawodną pracę silników indukcyjnych .
Straty ciepła dzieli się zwykle na straty miedzi, straty żelaza i straty tarcia/mechaniczne.
Straty miedzi są wynikiem ogrzewania Joule'a z powodu rezystywności przewodnika i można je określić ilościowo jako 10,28:
gdzie q̇g to wytwarzane ciepło, I i Ve to odpowiednio prąd znamionowy i napięcie, a Re to rezystancja miedzi.
Utrata żelaza, znana również jako utrata pasożytnicza, jest drugim głównym rodzajem utraty, która powoduje straty histerezy i prądów wirowych w AM, spowodowane głównie zmiennym w czasie polem magnetycznym.Są one kwantyfikowane za pomocą rozszerzonego równania Steinmetza, którego współczynniki można uznać za stałe lub zmienne w zależności od warunków pracy10,28,29.
gdzie Khn jest współczynnikiem strat histerezy wyprowadzonym z diagramu strat rdzenia, Ken jest współczynnikiem strat prądu wirowego, N jest indeksem harmonicznym, Bn i f są odpowiednio szczytową gęstością strumienia i częstotliwością niesinusoidalnego wzbudzenia.Powyższe równanie można dodatkowo uprościć w następujący sposób10,29:
Wśród nich K1 i K2 są odpowiednio współczynnikiem strat rdzenia i stratami prądów wirowych (qec), stratami histerezy (qh) i stratami nadmiarowymi (qex).
Obciążenie wiatrem i straty tarcia to dwie główne przyczyny strat mechanicznych w IM.Straty spowodowane wiatrem i tarciem wynoszą 10,
We wzorze n to prędkość obrotowa, Kfb to współczynnik strat tarcia, D to zewnętrzna średnica wirnika, l to długość wirnika, G to ciężar wirnika 10.
Podstawowym mechanizmem wymiany ciepła w silniku jest przewodzenie i ogrzewanie wewnętrzne, jak określono za pomocą równania Poissona30 zastosowanego w tym przykładzie:
Podczas pracy, po pewnym czasie, gdy silnik osiągnie stan ustalony, wytwarzane ciepło można przybliżyć przez stałe nagrzewanie powierzchniowego strumienia ciepła.Można zatem przyjąć, że przewodzenie wewnątrz silnika odbywa się z wydzielaniem ciepła wewnętrznego.
Wymiana ciepła między żebrami a otaczającą atmosferą jest uważana za wymuszoną konwekcję, gdy płyn jest zmuszany do poruszania się w określonym kierunku przez siłę zewnętrzną.Konwekcję można wyrazić jako 30:
gdzie h to współczynnik przenikania ciepła (W/m2·K), A to pole powierzchni, a ΔT to różnica temperatur między powierzchnią wymiany ciepła a czynnikiem chłodniczym prostopadle do powierzchni.Liczba Nusselta (Nu) jest miarą stosunku konwekcyjnego i przewodzącego przenoszenia ciepła prostopadle do granicy i jest wybierana na podstawie charakterystyki przepływu laminarnego i turbulentnego.Zgodnie z metodą empiryczną liczba Nusselta przepływu turbulentnego jest zwykle związana z liczbą Reynoldsa i liczbą Prandtla wyrażoną jako 30:
gdzie h to współczynnik konwekcyjnego przejmowania ciepła (W/m2·K), l to długość charakterystyczna, λ to przewodność cieplna płynu (W/m·K), a liczba Prandtla (Pr) jest miarą stosunku współczynnik dyfuzji pędu do dyfuzyjności cieplnej (lub prędkości i względnej grubości termicznej warstwy granicznej), określony jako 30:
gdzie k i cp oznaczają odpowiednio przewodność cieplną i ciepło właściwe cieczy.Ogólnie rzecz biorąc, powietrze i woda są najczęstszymi czynnikami chłodzącymi do silników elektrycznych.Płynne właściwości powietrza i wody w temperaturze otoczenia przedstawiono w tabeli 1.
Modelowanie termiczne IM opiera się na następujących założeniach: stan ustalony 3D, przepływ turbulentny, powietrze jest gazem doskonałym, znikome promieniowanie, płyn newtonowski, płyn nieściśliwy, brak poślizgu i stałe właściwości.Dlatego poniższe równania są używane do spełnienia praw zachowania masy, pędu i energii w obszarze cieczy.
W ogólnym przypadku równanie zachowania masy jest równe masowemu przepływowi netto do komórki z cieczą, określonemu wzorem:
Zgodnie z drugim prawem Newtona szybkość zmiany pędu cząstki cieczy jest równa sumie działających na nią sił, a ogólne równanie zachowania pędu można zapisać w postaci wektorowej jako:
Terminy ∇p, ∇∙τij i ρg w powyższym równaniu oznaczają odpowiednio ciśnienie, lepkość i grawitację.Media chłodzące (powietrze, woda, olej itp.) stosowane jako chłodziwa w maszynach są ogólnie uważane za newtonowskie.Pokazane tutaj równania obejmują jedynie liniową zależność między naprężeniem ścinającym a gradientem prędkości (szybkością odkształcenia) prostopadłym do kierunku ścinania.Biorąc pod uwagę stałą lepkość i ustalony przepływ, równanie (12) można zmienić na 31:
Zgodnie z pierwszą zasadą termodynamiki tempo zmian energii cząstki cieczy jest równe sumie ciepła netto wytworzonego przez cząstkę cieczy i mocy netto wytworzonej przez cząstkę cieczy.Dla newtonowskiego ściśliwego lepkiego przepływu równanie zachowania energii można wyrazić jako31:
gdzie Cp jest pojemnością cieplną przy stałym ciśnieniu, a wyraz ∇ ∙ (k∇T) odnosi się do przewodności cieplnej przez granicę komórki cieczy, gdzie k oznacza przewodność cieplną.Konwersja energii mechanicznej na ciepło jest rozpatrywana w kategoriach \(\varnothing\) (tj. funkcji rozpraszania lepkości) i jest zdefiniowana jako:
Gdzie \(\rho\) to gęstość cieczy, \(\mu\) to lepkość cieczy, u, v i w to odpowiednio potencjał kierunku x, y, z prędkości cieczy.Termin ten opisuje przemianę energii mechanicznej w energię cieplną i można go zignorować, ponieważ jest ważny tylko wtedy, gdy lepkość płynu jest bardzo wysoka, a gradient prędkości płynu jest bardzo duży.W przypadku ustalonego przepływu, stałego ciepła właściwego i przewodności cieplnej równanie energii jest modyfikowane w następujący sposób:
Te podstawowe równania są rozwiązywane dla przepływu laminarnego w kartezjańskim układzie współrzędnych.Jednak podobnie jak wiele innych problemów technicznych, działanie maszyn elektrycznych wiąże się przede wszystkim z przepływami turbulentnymi.Dlatego równania te są modyfikowane w celu utworzenia metody uśredniania Reynoldsa Naviera-Stokesa (RANS) do modelowania turbulencji.
W niniejszej pracy wybrano program ANSYS FLUENT 2021 do modelowania CFD z odpowiednimi warunkami brzegowymi, takimi jak rozpatrywany model: silnik asynchroniczny chłodzony powietrzem o mocy 100 kW, średnica wirnika 80,80 mm, średnica stojana 83,56 mm (wewnętrzny) i 190 mm (zewnętrzny), szczelina powietrzna 1,38 mm, długość całkowita 234 mm, ilość , grubość żeber 3 mm..
Model silnika chłodzonego powietrzem SolidWorks jest następnie importowany do ANSYS Fluent i symulowany.Dodatkowo uzyskane wyniki są sprawdzane w celu zapewnienia dokładności przeprowadzonej symulacji.Ponadto zintegrowany IM chłodzony powietrzem i wodą został modelowany za pomocą oprogramowania SolidWorks 2017 i symulowany za pomocą oprogramowania ANSYS Fluent 2021 (rysunek 4).
Konstrukcja i wymiary tego modelu są inspirowane aluminiową serią Siemens 1LA9 i modelowane w SolidWorks 2017. Model został nieznacznie zmodyfikowany na potrzeby oprogramowania symulacyjnego.Modyfikuj modele CAD, usuwając niechciane części, usuwając zaokrąglenia, fazowania i inne elementy podczas modelowania za pomocą ANSYS Workbench 2021.
Innowacją konstrukcyjną jest płaszcz wodny, którego długość została określona na podstawie wyników symulacji pierwszego modelu.Wprowadzono pewne zmiany w symulacji płaszcza wodnego, aby uzyskać najlepsze wyniki podczas używania talii w ANSYS.Różne części IM pokazano na ryc.5a-f.
(A).Rdzeń wirnika i wał IM.(b) Rdzeń stojana IM.(c) Uzwojenie stojana IM.(d) Zewnętrzna rama MI.(e) Płaszcz wodny IM.f) kombinacja modeli IM chłodzonych powietrzem i wodą.
Wentylator na wale zapewnia stały przepływ powietrza 10 m/s i temperaturę 30°C na powierzchni żeber.Wartość wskaźnika dobierana jest losowo w zależności od analizowanej w artykule pojemności ciśnienia tętniczego, która jest większa niż wskazywana w literaturze.Gorąca strefa obejmuje wirnik, stojan, uzwojenia stojana i pręty klatki wirnika.Materiały stojana i wirnika to stal, uzwojenia i pręty klatki to miedź, rama i żebra to aluminium.Ciepło wytwarzane w tych obszarach jest spowodowane zjawiskami elektromagnetycznymi, takimi jak nagrzewanie Joule'a, gdy prąd zewnętrzny przepływa przez miedzianą cewkę, a także zmianami pola magnetycznego.Szybkości wydzielania ciepła przez różne komponenty zostały zaczerpnięte z różnych dostępnych publikacji dotyczących IM o mocy 100 kW.
Zintegrowane IM chłodzone powietrzem i wodą, oprócz powyższych warunków, zawierały również płaszcz wodny, w którym przeanalizowano możliwości wymiany ciepła i wymagania mocy pompy dla różnych natężeń przepływu wody (5 l/min, 10 l/min i 15 l/min).Zawór ten wybrano jako zawór minimalny, ponieważ wyniki nie zmieniły się istotnie dla przepływów poniżej 5 l/min.Dodatkowo jako wartość maksymalną wybrano natężenie przepływu 15 l/min, ponieważ moc pompowania znacznie wzrosła pomimo dalszego spadku temperatury.
Różne modele IM zostały zaimportowane do ANSYS Fluent i dalej edytowane za pomocą ANSYS Design Modeler.Ponadto wokół AD zbudowano obudowę w kształcie pudełka o wymiarach 0,3 × 0,3 × 0,5 m, aby analizować ruch powietrza wokół silnika i badać odprowadzanie ciepła do atmosfery.Podobne analizy przeprowadzono dla zintegrowanych IM chłodzonych powietrzem i wodą.
Model IM jest modelowany metodami numerycznymi CFD i MES.Siatki są budowane w CFD, aby podzielić domenę na określoną liczbę komponentów w celu znalezienia rozwiązania.Siatki czworościenne o odpowiednich rozmiarach elementów są stosowane do ogólnej złożonej geometrii elementów silnika.Wszystkie interfejsy wypełniono 10 warstwami, aby uzyskać dokładne wyniki wymiany ciepła powierzchniowego.Geometria siatki dwóch modeli MI jest pokazana na ryc.6a, b.
Równanie energii pozwala badać wymianę ciepła w różnych obszarach silnika.Do modelowania turbulencji wokół powierzchni zewnętrznej wybrano model turbulencji K-epsilon ze standardowymi funkcjami ściany.Model uwzględnia energię kinetyczną (Ek) oraz dyssypację turbulentną (epsilon).Miedź, aluminium, stal, powietrze i woda zostały wybrane ze względu na ich standardowe właściwości do wykorzystania w odpowiednich zastosowaniach.Szybkości rozpraszania ciepła (patrz tabela 2) podano jako dane wejściowe, a różne warunki stref baterii są ustawione na 15, 17, 28, 32. Prędkość powietrza nad obudową silnika została ustawiona na 10 m/s dla obu modeli silników, a w dodatkowo uwzględniono trzy różne natężenia przepływu wody dla płaszcza wodnego (5 l/min, 10 l/min i 15 l/min).Dla większej dokładności reszty dla wszystkich równań przyjęto jako równe 1 × 10–6.Wybierz algorytm PROSTY (semi-implicit Method for Pressure Equations), aby rozwiązać równania Naviera Prime (NS).Po zakończeniu inicjalizacji hybrydowej konfiguracja wykona 500 iteracji, jak pokazano na rysunku 7.
Czas postu: 24-07-2023