Bedankt voor uw bezoek aan Nature.com.U gebruikt een browserversie met beperkte CSS-ondersteuning.Voor de beste ervaring raden we u aan een bijgewerkte browser te gebruiken (of Compatibiliteitsmodus uit te schakelen in Internet Explorer).In de tussentijd tonen we de site zonder stijlen en JavaScript om voortdurende ondersteuning te garanderen.
Vanwege de bedrijfskosten en de lange levensduur van de motor is een goede strategie voor thermisch beheer van de motor uiterst belangrijk.Dit artikel heeft een strategie voor thermisch beheer ontwikkeld voor inductiemotoren om een betere duurzaamheid en efficiëntie te bieden.Daarnaast is een uitgebreide literatuurstudie over methoden voor het koelen van motoren uitgevoerd.Als belangrijkste resultaat wordt een thermische berekening gegeven van een luchtgekoelde asynchrone motor met hoog vermogen, rekening houdend met het bekende probleem van warmteverdeling.Daarnaast stelt deze studie een geïntegreerde aanpak voor met twee of meer koelstrategieën om aan de huidige behoeften te voldoen.Er is een numerieke studie uitgevoerd van een model van een 100 kW luchtgekoelde asynchrone motor en een verbeterd thermisch beheermodel van dezelfde motor, waarbij een aanzienlijke verhoging van het motorrendement wordt bereikt door een combinatie van luchtkoeling en een geïntegreerd waterkoelsysteem. voerde uit.Er werd een geïntegreerd luchtgekoeld en watergekoeld systeem bestudeerd met behulp van de versies SolidWorks 2017 en ANSYS Fluent 2021.Drie verschillende waterstromen (5 l/min, 10 l/min en 15 l/min) werden geanalyseerd ten opzichte van conventionele luchtgekoelde inductiemotoren en geverifieerd aan de hand van beschikbare gepubliceerde bronnen.Uit de analyse blijkt dat we voor verschillende debieten (respectievelijk 5 l/min, 10 l/min en 15 l/min) overeenkomstige temperatuurverlagingen van 2,94%, 4,79% en 7,69% bereikten.Daarom laten de resultaten zien dat de ingebedde inductiemotor de temperatuur effectief kan verlagen in vergelijking met de luchtgekoelde inductiemotor.
De elektromotor is een van de belangrijkste uitvindingen van de moderne technische wetenschap.Elektromotoren worden overal in gebruikt, van huishoudelijke apparaten tot voertuigen, ook in de auto- en ruimtevaartindustrie.De afgelopen jaren is de populariteit van inductiemotoren (AM) toegenomen vanwege hun hoge startkoppel, goede snelheidsregeling en matige overbelastingscapaciteit (Fig. 1).Inductiemotoren laten niet alleen je gloeilampen gloeien, ze voeden ook de meeste gadgets in je huis, van je tandenborstel tot je Tesla.Mechanische energie in IM wordt gecreëerd door het contact van het magnetische veld van de stator- en rotorwikkelingen.Bovendien is IM een haalbare optie vanwege het beperkte aanbod van zeldzame aardmetalen.Het grootste nadeel van AD's is echter dat hun levensduur en efficiëntie erg temperatuurgevoelig zijn.Inductiemotoren verbruiken ongeveer 40% van 's werelds elektriciteit, wat ons zou moeten doen denken dat het beheersen van het stroomverbruik van deze machines van cruciaal belang is.
De Arrhenius-vergelijking stelt dat voor elke 10°C stijging van de bedrijfstemperatuur de levensduur van de gehele motor wordt gehalveerd.Om de betrouwbaarheid te waarborgen en de productiviteit van de machine te verhogen, is het daarom noodzakelijk om aandacht te besteden aan de thermische controle van de bloeddruk.In het verleden werd thermische analyse verwaarloosd en beschouwden motorontwerpers het probleem alleen aan de periferie, op basis van ontwerpervaring of andere dimensionale variabelen zoals de stroomdichtheid van de wikkeling, enz. Deze benaderingen leiden tot de toepassing van grote veiligheidsmarges voor slechtst- geval verwarmingscondities, resulterend in een toename van de machinegrootte en dus een toename van de kosten.
Er zijn twee soorten thermische analyse: samengevoegde circuitanalyse en numerieke methoden.Het grote voordeel van analytische methoden is de mogelijkheid om berekeningen snel en nauwkeurig uit te voeren.Er moet echter veel moeite worden gedaan om circuits te definiëren met voldoende nauwkeurigheid om thermische paden te simuleren.Aan de andere kant worden numerieke methoden grofweg onderverdeeld in computationele vloeistofdynamica (CFD) en structurele thermische analyse (STA), die beide gebruikmaken van eindige-elementenanalyse (FEA).Het voordeel van numerieke analyse is dat u hiermee de geometrie van het apparaat kunt modelleren.Systeeminstellingen en berekeningen kunnen echter soms moeilijk zijn.De hieronder besproken wetenschappelijke artikelen zijn geselecteerde voorbeelden van thermische en elektromagnetische analyse van verschillende moderne inductiemotoren.Deze artikelen brachten de auteurs ertoe om thermische verschijnselen in asynchrone motoren en methoden voor hun koeling te bestuderen.
Pil-Wan Han1 hield zich bezig met thermische en elektromagnetische analyse van MI.De gebundelde circuitanalysemethode wordt gebruikt voor thermische analyse en de in de tijd variërende magnetische eindige elementenmethode wordt gebruikt voor elektromagnetische analyse.Om in elke industriële toepassing een goede thermische overbelastingsbeveiliging te bieden, moet de temperatuur van de statorwikkeling betrouwbaar worden geschat.Ahmed et al.2 stelden een warmtenetwerkmodel van hogere orde voor op basis van diepgaande thermische en thermodynamische overwegingen.De ontwikkeling van thermische modelleringsmethoden voor industriële thermische beschermingsdoeleinden is gebaat bij analytische oplossingen en rekening houden met thermische parameters.
Nair et al.3 gebruikten een gecombineerde analyse van een 39 kW IM en een 3D numerieke thermische analyse om de thermische verdeling in een elektrische machine te voorspellen.Ying et al.4 analyseerden ventilatorgekoelde, volledig omsloten (TEFC) IM's met 3D-temperatuurschatting.Maan et al.5 bestudeerde de warmtestroomeigenschappen van IM TEFC met behulp van CFD.Het LPTN-motorovergangsmodel is gegeven door Todd et al.6.Experimentele temperatuurgegevens worden gebruikt samen met berekende temperaturen afgeleid van het voorgestelde LPTN-model.Peter et al.7 gebruikten CFD om de luchtstroom te bestuderen die het thermisch gedrag van elektromotoren beïnvloedt.
Cabral et al. stelden een eenvoudig IM thermisch model voor waarin de machinetemperatuur werd verkregen door de cilinderwarmtediffusievergelijking toe te passen.Nategh et al.9 bestudeerden een zelfgeventileerd tractiemotorsysteem met behulp van CFD om de nauwkeurigheid van geoptimaliseerde componenten te testen.Zo kunnen numerieke en experimentele studies worden gebruikt om de thermische analyse van inductiemotoren te simuleren, zie afb.2.
Yinye et al.10 stelden een ontwerp voor om thermisch beheer te verbeteren door gebruik te maken van de gemeenschappelijke thermische eigenschappen van standaardmaterialen en gemeenschappelijke bronnen van verlies van machineonderdelen.Marco et al.11 presenteerden criteria voor het ontwerpen van koelsystemen en watermantels voor machinecomponenten met behulp van CFD- en LPTN-modellen.Yaohui et al.12 geven verschillende richtlijnen voor het selecteren van een geschikte koelmethode en het evalueren van de prestaties in een vroeg stadium van het ontwerpproces.Nell et al.13 stelden voor om modellen te gebruiken voor gekoppelde elektromagnetisch-thermische simulatie voor een bepaald bereik van waarden, detailniveau en rekenkracht voor een multifysisch probleem.Jean et al.14 en Kim et al.15 bestudeerden de temperatuurverdeling van een luchtgekoelde inductiemotor met behulp van een 3D-gekoppeld FEM-veld.Bereken invoergegevens met behulp van 3D wervelstroomveldanalyse om Joule-verliezen te vinden en deze te gebruiken voor thermische analyse.
Michel et al.16 vergeleken conventionele centrifugale koelventilatoren met axiale ventilatoren van verschillende ontwerpen door middel van simulaties en experimenten.Een van deze ontwerpen zorgde voor kleine maar significante verbeteringen in het motorrendement bij dezelfde bedrijfstemperatuur.
Lu et al.17 gebruikten de equivalente magnetische circuitmethode in combinatie met het Boglietti-model om ijzerverliezen op de as van een inductiemotor te schatten.De auteurs gaan ervan uit dat de verdeling van de magnetische fluxdichtheid in elke doorsnede binnen de spilmotor uniform is.Ze vergeleken hun methode met de resultaten van eindige-elementenanalyse en experimentele modellen.Deze methode kan worden gebruikt voor uitdrukkelijke analyse van MI, maar de nauwkeurigheid is beperkt.
18 presenteert verschillende methoden voor het analyseren van het elektromagnetische veld van lineaire inductiemotoren.Onder hen worden methoden beschreven voor het schatten van vermogensverliezen in reactieve rails en methoden voor het voorspellen van de temperatuurstijging van lineaire inductiemotoren met tractie.Deze methoden kunnen worden gebruikt om de energieomzettingsefficiëntie van lineaire inductiemotoren te verbeteren.
Zabdur et al.19 onderzocht de prestaties van koelmantels met behulp van een driedimensionale numerieke methode.De koelmantel gebruikt water als de belangrijkste bron van koelmiddel voor de driefasige IM, wat belangrijk is voor het vermogen en de maximale temperaturen die nodig zijn voor het pompen.Rippel et al.20 hebben een nieuwe benadering van vloeistofkoelsystemen gepatenteerd, transversale gelamineerde koeling genaamd, waarbij het koelmiddel dwars door smalle gebieden stroomt die worden gevormd door gaten in elkaars magnetische laminering.Deriszade et al.21 onderzocht experimenteel de koeling van tractiemotoren in de auto-industrie met een mengsel van ethyleenglycol en water.Evalueer de prestaties van verschillende mengsels met CFD en 3D turbulente vloeistofanalyse.Uit een simulatiestudie van Boopathi et al.22 bleek dat het temperatuurbereik voor watergekoelde motoren (17-124°C) beduidend kleiner is dan voor luchtgekoelde motoren (104-250°C).De maximale temperatuur van de aluminium watergekoelde motor wordt verlaagd met 50,4% en de maximale temperatuur van de PA6GF30 watergekoelde motor wordt verlaagd met 48,4%.Bezukov et al.23 evalueerden het effect van aanslagvorming op de thermische geleidbaarheid van de motorwand met een vloeistofkoelsysteem.Studies hebben aangetoond dat een 1,5 mm dikke oxidefilm de warmteoverdracht met 30% vermindert, het brandstofverbruik verhoogt en het motorvermogen vermindert.
Tanguy et al.24 experimenteerden met verschillende stroomsnelheden, olietemperaturen, toerentallen en injectiemodi voor elektromotoren met smeerolie als koelmiddel.Er is een sterke relatie vastgesteld tussen de stroomsnelheid en de algehele koelefficiëntie.Ha et al.25 stelden voor druppelmondstukken als mondstukken te gebruiken om de oliefilm gelijkmatig te verdelen en de efficiëntie van de motorkoeling te maximaliseren.
Nandi et al.26 analyseerden het effect van L-vormige platte warmtepijpen op motorprestaties en thermisch beheer.Het warmtepijpverdampergedeelte is geïnstalleerd in de motorbehuizing of begraven in de motoras, en het condensorgedeelte is geïnstalleerd en gekoeld door vloeistof of lucht te laten circuleren.Bellettre et al.27 bestudeerde een PCM-koelsysteem met vaste stof en vloeistof voor een kortstondige motorstator.De PCM impregneert de wikkelkoppen, waardoor de temperatuur van de hotspot wordt verlaagd door latente thermische energie op te slaan.
Zo worden motorprestaties en temperatuur geëvalueerd met behulp van verschillende koelstrategieën, zie afb.3. Deze koelcircuits zijn ontworpen om de temperatuur van wikkelingen, platen, wikkelkoppen, magneten, karkas en eindplaten te regelen.
Vloeistofkoelsystemen staan bekend om hun efficiënte warmteoverdracht.Het rondpompen van koelvloeistof door de motor kost echter veel energie, waardoor het effectieve vermogen van de motor afneemt.Luchtkoelsystemen zijn daarentegen een veelgebruikte methode vanwege hun lage kosten en eenvoudige upgrade.Het is echter nog steeds minder efficiënt dan vloeistofkoelsystemen.Er is een geïntegreerde aanpak nodig die de hoge warmteoverdrachtsprestaties van een vloeistofgekoeld systeem kan combineren met de lage kosten van een luchtgekoeld systeem zonder extra energie te verbruiken.
Dit artikel somt en analyseert warmteverliezen in AD.Het mechanisme van dit probleem, evenals het verwarmen en koelen van inductiemotoren, wordt uitgelegd in het gedeelte Warmteverlies bij inductiemotoren via Koelstrategieën.Het warmteverlies van de kern van een inductiemotor wordt omgezet in warmte.Daarom bespreekt dit artikel het mechanisme van warmteoverdracht in de motor door geleiding en geforceerde convectie.Thermische modellering van IM met behulp van continuïteitsvergelijkingen, Navier-Stokes/impulsvergelijkingen en energievergelijkingen wordt gerapporteerd.De onderzoekers voerden analytische en numerieke thermische studies van IM uit om de temperatuur van de statorwikkelingen te schatten met als enig doel het thermische regime van de elektromotor te regelen.Dit artikel richt zich op thermische analyse van luchtgekoelde IM's en thermische analyse van geïntegreerde luchtgekoelde en watergekoelde IM's met behulp van CAD-modellering en ANSYS Fluent-simulatie.En de thermische voordelen van het geïntegreerde verbeterde model van luchtgekoelde en watergekoelde systemen worden grondig geanalyseerd.Zoals hierboven vermeld, zijn de hier vermelde documenten geen samenvatting van de stand van de techniek op het gebied van thermische verschijnselen en koeling van inductiemotoren, maar geven ze veel problemen aan die moeten worden opgelost om de betrouwbare werking van inductiemotoren te waarborgen. .
Warmteverlies wordt meestal onderverdeeld in koperverlies, ijzerverlies en wrijving/mechanisch verlies.
Koperverliezen zijn het resultaat van Joule-verwarming vanwege de soortelijke weerstand van de geleider en kunnen worden gekwantificeerd als 10,28:
waarbij q̇g de gegenereerde warmte is, I en Ve respectievelijk de nominale stroom en spanning zijn, en Re de koperweerstand is.
IJzerverlies, ook bekend als parasitair verlies, is het tweede belangrijkste type verlies dat hysteresis en wervelstroomverliezen veroorzaakt in AM, voornamelijk veroorzaakt door het in de tijd variërende magnetische veld.Ze worden gekwantificeerd door de uitgebreide Steinmetz-vergelijking, waarvan de coëfficiënten als constant of variabel kunnen worden beschouwd, afhankelijk van de bedrijfsomstandigheden10,28,29.
waar Khn de hysteresisverliesfactor is afgeleid van het kernverliesdiagram, Ken is de wervelstroomverliesfactor, N is de harmonische index, Bn en f zijn respectievelijk de piekfluxdichtheid en frequentie van de niet-sinusvormige excitatie.De bovenstaande vergelijking kan als volgt verder worden vereenvoudigd10,29:
Onder hen zijn K1 en K2 respectievelijk de kernverliesfactor en wervelstroomverlies (qec), hysteresisverlies (qh) en overtollig verlies (qex).
Windbelasting en wrijvingsverliezen zijn de twee belangrijkste oorzaken van mechanische verliezen bij IM.Wind- en wrijvingsverliezen zijn 10,
In de formule is n de rotatiesnelheid, Kfb is de wrijvingsverliezencoëfficiënt, D is de buitendiameter van de rotor, l is de lengte van de rotor, G is het gewicht van de rotor 10.
Het primaire mechanisme voor warmteoverdracht binnen de motor is via geleiding en interne verwarming, zoals bepaald door de Poisson-vergelijking30 toegepast op dit voorbeeld:
Tijdens bedrijf, na een bepaald tijdstip waarop de motor een stationaire toestand bereikt, kan de gegenereerde warmte worden benaderd door een constante opwarming van de warmteflux van het oppervlak.Daarom kan worden aangenomen dat de geleiding in de motor wordt uitgevoerd met het vrijkomen van interne warmte.
De warmteoverdracht tussen de vinnen en de omringende atmosfeer wordt beschouwd als geforceerde convectie, wanneer de vloeistof door een externe kracht wordt gedwongen om in een bepaalde richting te bewegen.Convectie kan worden uitgedrukt als 30:
waarbij h de warmteoverdrachtscoëfficiënt is (W/m2 K), A het oppervlak en ΔT het temperatuurverschil tussen het warmteoverdrachtsoppervlak en het koelmiddel loodrecht op het oppervlak.Het Nusselt-getal (Nu) is een maat voor de verhouding van convectieve en geleidende warmteoverdracht loodrecht op de grens en wordt gekozen op basis van de kenmerken van laminaire en turbulente stroming.Volgens de empirische methode wordt het Nusselt-getal van turbulente stroming meestal geassocieerd met het Reynolds-getal en het Prandtl-getal, uitgedrukt als 30:
waarbij h de convectieve warmteoverdrachtscoëfficiënt is (W/m2 K), l de karakteristieke lengte is, λ de thermische geleidbaarheid van de vloeistof is (W/m K) en het Prandtl-getal (Pr) een maat is voor de verhouding van de impulsdiffusiecoëfficiënt voor de thermische diffusie (of snelheid en relatieve dikte van de thermische grenslaag), gedefinieerd als 30:
waarbij k en cp respectievelijk de thermische geleidbaarheid en de specifieke warmtecapaciteit van de vloeistof zijn.Over het algemeen zijn lucht en water de meest voorkomende koelvloeistoffen voor elektromotoren.De vloeibare eigenschappen van lucht en water bij omgevingstemperatuur worden weergegeven in tabel 1.
IM-thermische modellering is gebaseerd op de volgende aannames: 3D-stabiele toestand, turbulente stroming, lucht is een ideaal gas, verwaarloosbare straling, Newtonse vloeistof, onsamendrukbare vloeistof, antislipconditie en constante eigenschappen.Daarom worden de volgende vergelijkingen gebruikt om te voldoen aan de wetten van behoud van massa, momentum en energie in het vloeistofgebied.
In het algemeen is de massabehoudvergelijking gelijk aan de netto massastroom in de cel met vloeistof, bepaald door de formule:
Volgens de tweede wet van Newton is de veranderingssnelheid van het momentum van een vloeibaar deeltje gelijk aan de som van de krachten die erop werken, en de algemene vergelijking voor het behoud van het momentum kan in vectorvorm worden geschreven als:
De termen ∇p, ∇∙τij en ρg in de bovenstaande vergelijking vertegenwoordigen respectievelijk druk, viscositeit en zwaartekracht.Koelmedia (lucht, water, olie, enz.) die als koelmiddel in machines worden gebruikt, worden over het algemeen als Newtoniaans beschouwd.De hier getoonde vergelijkingen omvatten alleen een lineair verband tussen afschuifspanning en een snelheidsgradiënt (reksnelheid) loodrecht op de afschuifrichting.Rekening houdend met constante viscositeit en constante stroom, kan vergelijking (12) worden gewijzigd in 31:
Volgens de eerste wet van de thermodynamica is de veranderingssnelheid van de energie van een vloeistofdeeltje gelijk aan de som van de netto warmte die door het vloeistofdeeltje wordt gegenereerd en het netto vermogen dat door het vloeistofdeeltje wordt geproduceerd.Voor een Newtonse samendrukbare stroperige stroming kan de energiebesparingsvergelijking worden uitgedrukt als31:
waarbij Cp de warmtecapaciteit is bij constante druk, en de term ∇ ∙ (k∇T) is gerelateerd aan de thermische geleidbaarheid door de vloeistofcelgrens, waarbij k de thermische geleidbaarheid aangeeft.De omzetting van mechanische energie in warmte wordt beschouwd in termen van \(\varnothing\) (dwz de stroperige dissipatiefunctie) en wordt gedefinieerd als:
Waar \(\rho\) de dichtheid van de vloeistof is, is \(\mu\) de viscositeit van de vloeistof, u, v en w zijn respectievelijk de potentiaal van de richting x, y, z van de vloeistofsnelheid.Deze term beschrijft de omzetting van mechanische energie in thermische energie en kan worden genegeerd omdat het alleen belangrijk is als de viscositeit van de vloeistof erg hoog is en de snelheidsgradiënt van de vloeistof erg groot is.In het geval van constante stroom, constante soortelijke warmte en thermische geleidbaarheid, wordt de energievergelijking als volgt gewijzigd:
Deze basisvergelijkingen worden opgelost voor laminaire stroming in het Cartesiaanse coördinatensysteem.Net als veel andere technische problemen wordt de werking van elektrische machines echter voornamelijk geassocieerd met turbulente stromingen.Daarom zijn deze vergelijkingen aangepast om de Reynolds Navier-Stokes (RANS) middelingsmethode voor turbulentiemodellering te vormen.
In dit werk is gekozen voor het ANSYS FLUENT 2021-programma voor CFD-modellering met de bijbehorende randvoorwaarden, zoals het beschouwde model: een asynchrone motor met een luchtkoeling met een vermogen van 100 kW, de diameter van de rotor 80,80 mm, de diameter van de stator 83,56 mm (intern) en 190 mm (extern), een luchtspleet van 1,38 mm, de totale lengte van 234 mm, de hoeveelheid, de dikte van de ribben 3 mm..
Het luchtgekoelde motormodel van SolidWorks wordt vervolgens geïmporteerd in ANSYS Fluent en gesimuleerd.Bovendien worden de verkregen resultaten gecontroleerd om de nauwkeurigheid van de uitgevoerde simulatie te waarborgen.Bovendien werd een geïntegreerde lucht- en watergekoelde IM gemodelleerd met SolidWorks 2017-software en gesimuleerd met ANSYS Fluent 2021-software (Afbeelding 4).
Het ontwerp en de afmetingen van dit model zijn geïnspireerd op de aluminiumserie Siemens 1LA9 en gemodelleerd in SolidWorks 2017. Het model is enigszins aangepast aan de behoeften van de simulatiesoftware.Pas CAD-modellen aan door ongewenste onderdelen te verwijderen, afrondingen, afschuiningen en meer te verwijderen bij het modelleren met ANSYS Workbench 2021.
Een ontwerpinnovatie is de watermantel, waarvan de lengte werd bepaald op basis van de simulatieresultaten van het eerste model.Er zijn enkele wijzigingen aangebracht in de waterjassimulatie om de beste resultaten te krijgen bij het gebruik van de taille in ANSYS.Verschillende onderdelen van de IM worden getoond in Fig.5a-f.
(A).Rotorkern en IM-as.(b) IM-statorkern.(c) IM-statorwikkeling.(d) Extern frame van de MI.(e) IM-waterjas.f) combinatie van lucht- en watergekoelde IM-modellen.
De op de as gemonteerde ventilator zorgt voor een constante luchtstroom van 10 m/s en een temperatuur van 30 °C op het oppervlak van de lamellen.De waarde van het tarief wordt willekeurig gekozen, afhankelijk van de capaciteit van de bloeddruk die in dit artikel wordt geanalyseerd, die hoger is dan aangegeven in de literatuur.De hete zone omvat de rotor, stator, statorwikkelingen en rotorkooistaven.De materialen van de stator en rotor zijn van staal, de wikkelingen en kooistaven zijn van koper, het frame en de ribben zijn van aluminium.De warmte die in deze gebieden wordt gegenereerd, is het gevolg van elektromagnetische verschijnselen, zoals Joule-opwarming wanneer een externe stroom door een koperen spoel gaat, evenals veranderingen in het magnetische veld.De warmteafgiftes van de verschillende componenten zijn ontleend aan diverse beschikbare literatuur voor een IM van 100 kW.
Geïntegreerde luchtgekoelde en watergekoelde IM's bevatten naast de bovenstaande voorwaarden ook een watermantel, waarin de warmteoverdrachtscapaciteiten en het benodigde pompvermogen werden geanalyseerd voor verschillende waterdebieten (5 l/min, 10 l/min en 15 l/min).Deze klep werd gekozen als de minimumklep, aangezien de resultaten niet significant veranderden voor debieten onder de 5 L/min.Daarnaast is als maximale waarde gekozen voor een debiet van 15 L/min, aangezien het pompvermogen fors toenam ondanks dat de temperatuur steeds verder daalde.
Verschillende IM-modellen zijn geïmporteerd in ANSYS Fluent en verder bewerkt met behulp van ANSYS Design Modeler.Verder werd rond de AD een doosvormige behuizing met afmetingen van 0,3 x 0,3 x 0,5 m gebouwd om de beweging van lucht rond de motor te analyseren en de afvoer van warmte naar de atmosfeer te bestuderen.Soortgelijke analyses werden uitgevoerd voor geïntegreerde lucht- en watergekoelde IM's.
Het IM-model is gemodelleerd met behulp van CFD- en FEM-numerieke methoden.Meshes zijn gebouwd in CFD om een domein op te delen in een bepaald aantal componenten om zo een oplossing te vinden.Tetraëdrische mazen met geschikte elementafmetingen worden gebruikt voor algemene complexe geometrie van motorcomponenten.Alle interfaces waren gevuld met 10 lagen om nauwkeurige resultaten van de oppervlaktewarmteoverdracht te verkrijgen.De rastergeometrie van twee MI-modellen wordt getoond in Fig.6a, geb.
Met de energievergelijking kunt u de warmteoverdracht in verschillende delen van de motor bestuderen.Het K-epsilon turbulentiemodel met standaard wandfuncties werd gekozen om turbulentie rond het buitenoppervlak te modelleren.Het model houdt rekening met kinetische energie (Ek) en turbulente dissipatie (epsilon).Koper, aluminium, staal, lucht en water werden geselecteerd vanwege hun standaardeigenschappen voor gebruik in hun respectievelijke toepassingen.Warmtedissipatiesnelheden (zie tabel 2) worden gegeven als invoer, en verschillende batterijzonecondities zijn ingesteld op 15, 17, 28, 32. De luchtsnelheid over de motorbehuizing was ingesteld op 10 m/s voor beide motormodellen, en in daarnaast werd voor de watermantel rekening gehouden met drie verschillende waterhoeveelheden (5 l/min, 10 l/min en 15 l/min).Voor een grotere nauwkeurigheid werden de residuen voor alle vergelijkingen gelijk gesteld aan 1 × 10–6.Selecteer het SIMPLE-algoritme (Semi-Implicit Method for Pressure Equations) om de Navier Prime-vergelijkingen (NS) op te lossen.Nadat de hybride-initialisatie is voltooid, voert de installatie 500 iteraties uit, zoals weergegeven in afbeelding 7.
Posttijd: 24 juli 2023