Salamat sa pagbisita sa Nature.com.Gumagamit ka ng bersyon ng browser na may limitadong suporta sa CSS.Para sa pinakamagandang karanasan, inirerekomenda namin na gumamit ka ng na-update na browser (o huwag paganahin ang Compatibility Mode sa Internet Explorer).Pansamantala, upang matiyak ang patuloy na suporta, ipinapakita namin ang site na walang mga istilo at JavaScript.
Dahil sa mga gastos sa pagpapatakbo at mahabang buhay ng makina, ang tamang diskarte sa pamamahala ng thermal ng engine ay napakahalaga.Ang artikulong ito ay nakabuo ng diskarte sa pamamahala ng thermal para sa mga induction motor upang magbigay ng mas mahusay na tibay at mapabuti ang kahusayan.Bilang karagdagan, ang isang malawak na pagsusuri ng literatura sa mga pamamaraan ng paglamig ng engine ay isinagawa.Bilang pangunahing resulta, ang isang thermal na pagkalkula ng isang high-power air-cooled asynchronous na motor ay ibinibigay, na isinasaalang-alang ang kilalang problema ng pamamahagi ng init.Bilang karagdagan, ang pag-aaral na ito ay nagmumungkahi ng pinagsamang diskarte na may dalawa o higit pang mga diskarte sa paglamig upang matugunan ang mga kasalukuyang pangangailangan.Ang isang numerical na pag-aaral ng isang modelo ng isang 100 kW air-cooled asynchronous na motor at isang pinahusay na modelo ng thermal management ng parehong motor, kung saan ang isang makabuluhang pagtaas sa kahusayan ng motor ay nakakamit sa pamamagitan ng kumbinasyon ng air cooling at isang integrated water cooling system, ay isinagawa.Pinag-aralan ang pinagsamang air-cooled at water-cooled system gamit ang SolidWorks 2017 at ANSYS Fluent 2021 na bersyon.Tatlong magkakaibang daloy ng tubig (5 L/min, 10 L/min, at 15 L/min) ay nasuri laban sa mga nakasanayang air-cooled induction motor at na-verify gamit ang magagamit na mga nai-publish na mapagkukunan.Ang pagsusuri ay nagpapakita na para sa iba't ibang mga rate ng daloy (5 L/min, 10 L/min at 15 L/min ayon sa pagkakabanggit) nakakuha kami ng kaukulang mga pagbawas sa temperatura na 2.94%, 4.79% at 7.69%.Samakatuwid, ang mga resulta ay nagpapakita na ang naka-embed na induction motor ay maaaring epektibong mabawasan ang temperatura kumpara sa air-cooled induction motor.
Ang de-koryenteng motor ay isa sa mga pangunahing imbensyon ng modernong agham ng engineering.Ginagamit ang mga de-koryenteng motor sa lahat ng bagay mula sa mga gamit sa bahay hanggang sa mga sasakyan, kabilang ang mga industriya ng automotive at aerospace.Sa mga nagdaang taon, ang katanyagan ng induction motors (AM) ay tumaas dahil sa kanilang mataas na panimulang metalikang kuwintas, mahusay na kontrol sa bilis at katamtamang overload na kapasidad (Larawan 1).Ang mga induction motor ay hindi lamang nagpapakinang sa iyong mga bumbilya, pinapagana nila ang karamihan sa mga gadget sa iyong tahanan, mula sa iyong toothbrush hanggang sa iyong Tesla.Ang mekanikal na enerhiya sa IM ay nilikha sa pamamagitan ng contact ng magnetic field ng stator at rotor windings.Bilang karagdagan, ang IM ay isang praktikal na opsyon dahil sa limitadong supply ng mga rare earth metal.Gayunpaman, ang pangunahing kawalan ng mga AD ay ang kanilang buhay at kahusayan ay napaka-sensitibo sa temperatura.Kinokonsumo ng mga induction motor ang humigit-kumulang 40% ng kuryente sa mundo, na dapat magdulot sa atin na isipin na ang pamamahala sa paggamit ng kuryente ng mga makinang ito ay kritikal.
Ang Arrhenius equation ay nagsasaad na sa bawat 10°C na pagtaas ng operating temperature, ang buhay ng buong makina ay hinahati.Samakatuwid, upang matiyak ang pagiging maaasahan at dagdagan ang pagiging produktibo ng makina, kinakailangang bigyang-pansin ang thermal control ng presyon ng dugo.Noong nakaraan, ang thermal analysis ay napabayaan at ang mga taga-disenyo ng motor ay isinasaalang-alang lamang ang problema sa paligid, batay sa karanasan sa disenyo o iba pang dimensional na mga variable tulad ng winding current density, atbp. Ang mga pamamaraang ito ay humahantong sa paggamit ng malalaking margin ng kaligtasan para sa pinakamasama- kundisyon ng pag-init ng kaso, na nagreresulta sa pagtaas ng laki ng makina at samakatuwid ay pagtaas ng gastos.
Mayroong dalawang uri ng thermal analysis: lumped circuit analysis at numerical na pamamaraan.Ang pangunahing bentahe ng mga analytical na pamamaraan ay ang kakayahang magsagawa ng mga kalkulasyon nang mabilis at tumpak.Gayunpaman, ang malaking pagsisikap ay dapat gawin upang tukuyin ang mga circuit na may sapat na katumpakan upang gayahin ang mga thermal path.Sa kabilang banda, ang mga numerical na pamamaraan ay halos nahahati sa computational fluid dynamics (CFD) at structural thermal analysis (STA), na parehong gumagamit ng finite element analysis (FEA).Ang bentahe ng numerical analysis ay nagbibigay-daan ito sa iyong imodelo ang geometry ng device.Gayunpaman, maaaring mahirap minsan ang pag-setup at pagkalkula ng system.Ang mga siyentipikong artikulong tinalakay sa ibaba ay mga piling halimbawa ng thermal at electromagnetic analysis ng iba't ibang modernong induction motors.Ang mga artikulong ito ay nag-udyok sa mga may-akda na pag-aralan ang mga thermal phenomena sa mga asynchronous na motor at mga pamamaraan para sa kanilang paglamig.
Ang Pil-Wan Han1 ay nakikibahagi sa thermal at electromagnetic analysis ng MI.Ang lumped circuit analysis method ay ginagamit para sa thermal analysis, at ang time-varying magnetic finite element method ay ginagamit para sa electromagnetic analysis.Upang maayos na magbigay ng thermal overload na proteksyon sa anumang pang-industriya na aplikasyon, ang temperatura ng stator winding ay dapat na mapagkakatiwalaan na tantyahin.Nagmungkahi si Ahmed et al.2 ng mas mataas na pagkakasunud-sunod na modelo ng network ng init batay sa malalim na thermal at thermodynamic na mga pagsasaalang-alang.Ang pagbuo ng mga pamamaraan ng thermal modeling para sa mga layunin ng pang-industriyang thermal protection ay nakikinabang mula sa mga analytical na solusyon at pagsasaalang-alang ng mga thermal parameter.
Gumamit ang Nair et al.3 ng pinagsamang pagsusuri ng 39 kW IM at 3D numerical thermal analysis upang mahulaan ang thermal distribution sa isang de-koryenteng makina.Sinuri ni Ying et al.4 ang mga fan-cooled fully enclosed (TEFC) IM na may 3D na pagtatantya ng temperatura.Moon et al.5 ay pinag-aralan ang mga katangian ng daloy ng init ng IM TEFC gamit ang CFD.Ang LPTN motor transition model ay ibinigay ni Todd et al.6.Ginagamit ang data ng pang-eksperimentong temperatura kasama ng mga kinakalkula na temperatura na nagmula sa iminungkahing modelo ng LPTN.Ginamit ni Peter et al.7 ang CFD para pag-aralan ang daloy ng hangin na nakakaapekto sa thermal behavior ng electric motors.
Nagmungkahi si Cabral et al8 ng isang simpleng IM thermal model kung saan nakuha ang temperatura ng makina sa pamamagitan ng paglalapat ng cylinder heat diffusion equation.Pinag-aralan ni Nategh et al.9 ang isang self-ventilated traction motor system gamit ang CFD upang subukan ang katumpakan ng mga na-optimize na bahagi.Kaya, ang mga numerical at experimental na pag-aaral ay maaaring gamitin upang gayahin ang thermal analysis ng induction motors, tingnan ang fig.2.
Nagmungkahi si Yinye et al.10 ng isang disenyo upang mapabuti ang pamamahala ng thermal sa pamamagitan ng pagsasamantala sa mga karaniwang katangian ng thermal ng mga karaniwang materyales at karaniwang pinagmumulan ng pagkawala ng bahagi ng makina.Ipinakita ni Marco et al.11 ang pamantayan para sa pagdidisenyo ng mga cooling system at water jacket para sa mga bahagi ng makina gamit ang mga modelong CFD at LPTN.Ang Yaohui et al.12 ay nagbibigay ng iba't ibang mga alituntunin para sa pagpili ng angkop na paraan ng paglamig at pagsusuri ng pagganap nang maaga sa proseso ng disenyo.Iminungkahi ni Nell et al.13 na gumamit ng mga modelo para sa pinagsamang electromagnetic-thermal simulation para sa isang partikular na hanay ng mga value, antas ng detalye at computational power para sa isang multiphysics na problema.Pinag-aralan nina Jean et al.14 at Kim et al.15 ang temperature distribution ng air-cooled induction motor gamit ang 3D coupled FEM field.Kalkulahin ang data ng input gamit ang 3D eddy current field analysis upang mahanap ang Joule losses at gamitin ang mga ito para sa thermal analysis.
Inihambing ni Michel et al.16 ang maginoo na centrifugal cooling fan sa axial fan ng iba't ibang disenyo sa pamamagitan ng mga simulation at eksperimento.Nakamit ng isa sa mga disenyong ito ang maliit ngunit makabuluhang pagpapabuti sa kahusayan ng engine habang pinapanatili ang parehong temperatura ng pagpapatakbo.
Ginamit ni Lu et al.17 ang katumbas na pamamaraan ng magnetic circuit kasabay ng modelong Boglietti upang matantya ang mga pagkawala ng bakal sa baras ng isang induction motor.Ipinapalagay ng mga may-akda na ang pamamahagi ng magnetic flux density sa anumang cross section sa loob ng spindle motor ay pare-pareho.Inihambing nila ang kanilang pamamaraan sa mga resulta ng pagsusuri ng finite element at mga eksperimentong modelo.Ang pamamaraang ito ay maaaring gamitin para sa malinaw na pagsusuri ng MI, ngunit ang katumpakan nito ay limitado.
18 ay nagpapakita ng iba't ibang mga pamamaraan para sa pagsusuri ng electromagnetic field ng linear induction motors.Kabilang sa mga ito, ang mga pamamaraan para sa pagtantya ng mga pagkalugi ng kuryente sa mga reaktibong riles at mga pamamaraan para sa paghula ng pagtaas ng temperatura ng mga traksyon na linear induction motor ay inilarawan.Ang mga pamamaraan na ito ay maaaring gamitin upang mapabuti ang kahusayan ng conversion ng enerhiya ng mga linear induction motors.
Zabdur et al.19 ay nag-imbestiga sa pagganap ng mga cooling jacket gamit ang isang three-dimensional na numerical na paraan.Ang cooling jacket ay gumagamit ng tubig bilang pangunahing pinagmumulan ng coolant para sa three-phase IM, na mahalaga para sa kapangyarihan at pinakamataas na temperatura na kinakailangan para sa pumping.Rippel et al.20 ay nag-patent ng isang bagong diskarte sa mga liquid cooling system na tinatawag na transverse laminated cooling, kung saan ang nagpapalamig ay dumadaloy nang transversely sa mga makitid na rehiyon na nabuo ng mga butas sa bawat isa na magnetic lamination.Deriszade et al.21 ay eksperimento na nag-imbestiga sa paglamig ng mga traksyon na motor sa industriya ng automotive gamit ang pinaghalong ethylene glycol at tubig.Suriin ang pagganap ng iba't ibang mixture na may CFD at 3D turbulent fluid analysis.Ang isang simulation study nina Boopathi et al.22 ay nagpakita na ang temperatura range para sa water-cooled engine (17-124°C) ay makabuluhang mas maliit kaysa sa air-cooled engine (104-250°C).Ang maximum na temperatura ng aluminum water-cooled na motor ay nababawasan ng 50.4%, at ang maximum na temperatura ng PA6GF30 na water-cooled na motor ay nababawasan ng 48.4%.Sinuri ni Bezukov et al.23 ang epekto ng pagbuo ng sukat sa thermal conductivity ng pader ng makina na may likidong sistema ng paglamig.Ipinakita ng mga pag-aaral na ang isang 1.5 mm na kapal ng oxide film ay binabawasan ang paglipat ng init ng 30%, pinapataas ang pagkonsumo ng gasolina at binabawasan ang lakas ng makina.
Ang Tanguy et al.24 ay nagsagawa ng mga eksperimento na may iba't ibang rate ng daloy, temperatura ng langis, bilis ng pag-ikot at mga mode ng pag-iniksyon para sa mga de-koryenteng motor na gumagamit ng lubricating oil bilang coolant.Ang isang malakas na ugnayan ay naitatag sa pagitan ng rate ng daloy at pangkalahatang kahusayan sa paglamig.Iminungkahi ng Ha et al.25 ang paggamit ng mga drip nozzle bilang mga nozzle upang pantay na ipamahagi ang oil film at mapakinabangan ang kahusayan sa paglamig ng makina.
Sinuri ni Nandi et al.26 ang epekto ng hugis-L na flat heat pipe sa performance ng engine at thermal management.Ang bahagi ng heat pipe evaporator ay naka-install sa casing ng motor o nakabaon sa motor shaft, at ang bahagi ng condenser ay naka-install at pinalamig sa pamamagitan ng umiikot na likido o hangin.Bellettre et al.27 ay nag-aral ng PCM solid-liquid cooling system para sa isang lumilipas na motor stator.Ang PCM ay nagpapabinhi sa mga paikot-ikot na ulo, na nagpapababa sa temperatura ng hot spot sa pamamagitan ng pag-iimbak ng nakatagong thermal energy.
Kaya, ang pagganap ng motor at temperatura ay sinusuri gamit ang iba't ibang mga diskarte sa paglamig, tingnan ang fig.3. Ang mga cooling circuit na ito ay idinisenyo upang kontrolin ang temperatura ng windings, plates, winding heads, magnets, carcass at end plates.
Ang mga sistema ng paglamig ng likido ay kilala para sa kanilang mahusay na paglipat ng init.Gayunpaman, ang pagbomba ng coolant sa paligid ng makina ay kumonsumo ng maraming enerhiya, na nakakabawas sa mabisang power output ng engine.Ang mga air cooling system, sa kabilang banda, ay isang malawakang ginagamit na paraan dahil sa kanilang mababang gastos at kadalian ng pag-upgrade.Gayunpaman, hindi pa rin ito mahusay kaysa sa mga sistema ng paglamig ng likido.Ang isang pinagsamang diskarte ay kailangan na maaaring pagsamahin ang mataas na heat transfer performance ng isang liquid-cooled system na may mababang halaga ng isang air-cooled system nang hindi kumukonsumo ng karagdagang enerhiya.
Inililista at sinusuri ng artikulong ito ang mga pagkawala ng init sa AD.Ang mekanismo ng problemang ito, pati na rin ang pag-init at paglamig ng induction motors, ay ipinaliwanag sa Heat Loss in Induction Motors section sa pamamagitan ng Cooling Strategies.Ang pagkawala ng init ng core ng isang induction motor ay na-convert sa init.Samakatuwid, tinatalakay ng artikulong ito ang mekanismo ng paglipat ng init sa loob ng makina sa pamamagitan ng pagpapadaloy at sapilitang kombeksyon.Thermal modelling ng IM gamit ang continuity equation, Navier-Stokes/momentum equation at energy equation ay iniulat.Ang mga mananaliksik ay nagsagawa ng analytical at numerical thermal studies ng IM upang tantiyahin ang temperatura ng stator windings para sa tanging layunin ng pagkontrol sa thermal regime ng electric motor.Nakatuon ang artikulong ito sa thermal analysis ng mga air-cooled na IM at thermal analysis ng pinagsamang air-cooled at water-cooled na IM gamit ang CAD modeling at ANSYS Fluent simulation.At ang mga thermal advantage ng pinagsama-samang pinabuting modelo ng air-cooled at water-cooled system ay malalim na sinusuri.Tulad ng nabanggit sa itaas, ang mga dokumento na nakalista dito ay hindi isang buod ng estado ng sining sa larangan ng thermal phenomena at paglamig ng induction motors, ngunit ipinapahiwatig nila ang maraming mga problema na kailangang malutas upang matiyak ang maaasahang operasyon ng mga induction motor. .
Ang pagkawala ng init ay karaniwang nahahati sa pagkawala ng tanso, pagkawala ng bakal at pagkawala ng friction/mechanical.
Ang mga pagkalugi ng tanso ay resulta ng pag-init ng Joule dahil sa resistivity ng konduktor at maaaring mabilang bilang 10.28:
kung saan ang q̇g ay ang init na nabuo, ang I at Ve ay ang nominal na kasalukuyang at boltahe, ayon sa pagkakabanggit, at ang Re ay ang paglaban ng tanso.
Ang pagkawala ng bakal, na kilala rin bilang parasitic loss, ay ang pangalawang pangunahing uri ng pagkawala na nagdudulot ng hysteresis at eddy current na pagkawala sa AM, na pangunahing sanhi ng magnetic field na nagbabago-panahon.Ang mga ito ay binibilang ng pinalawak na Steinmetz equation, na ang mga coefficient ay maaaring ituring na pare-pareho o variable depende sa mga kondisyon ng operating10,28,29.
kung saan ang Khn ay ang hysteresis loss factor na nagmula sa core loss diagram, Ken ay ang eddy current loss factor, N ay ang harmonic index, Bn at f ay ang peak flux density at frequency ng non-sinusoidal excitation, ayon sa pagkakabanggit.Ang equation sa itaas ay maaaring mas pasimplehin gaya ng sumusunod10,29:
Kabilang sa mga ito, ang K1 at K2 ay ang core loss factor at eddy current loss (qec), hysteresis loss (qh), at sobrang pagkawala (qex), ayon sa pagkakabanggit.
Ang wind load at friction losses ay ang dalawang pangunahing sanhi ng mechanical loss sa IM.Ang pagkawala ng hangin at friction ay 10,
Sa formula, ang n ay ang bilis ng pag-ikot, ang Kfb ay ang koepisyent ng pagkalugi ng friction, ang D ay ang panlabas na diameter ng rotor, l ang haba ng rotor, ang G ay ang bigat ng rotor 10.
Ang pangunahing mekanismo para sa paglipat ng init sa loob ng makina ay sa pamamagitan ng pagpapadaloy at panloob na pag-init, gaya ng tinutukoy ng Poisson equation30 na inilapat sa halimbawang ito:
Sa panahon ng operasyon, pagkatapos ng isang tiyak na punto ng oras kapag ang motor ay umabot sa steady na estado, ang init na nabuo ay maaaring tantiyahin sa pamamagitan ng patuloy na pag-init ng surface heat flux.Samakatuwid, maaari itong ipagpalagay na ang pagpapadaloy sa loob ng makina ay isinasagawa sa pagpapalabas ng panloob na init.
Ang paglipat ng init sa pagitan ng mga palikpik at ng nakapalibot na kapaligiran ay itinuturing na sapilitang kombeksyon, kapag ang likido ay pinilit na lumipat sa isang tiyak na direksyon ng isang panlabas na puwersa.Ang convection ay maaaring ipahayag bilang 30:
kung saan ang h ay ang heat transfer coefficient (W/m2 K), A ay ang surface area, at ΔT ay ang temperature difference sa pagitan ng heat transfer surface at ng refrigerant na patayo sa ibabaw.Ang Nusselt number (Nu) ay isang sukatan ng ratio ng convective at conductive heat transfer patayo sa hangganan at pinili batay sa mga katangian ng laminar at turbulent na daloy.Ayon sa empirical na pamamaraan, ang Nusselt number ng magulong daloy ay karaniwang nauugnay sa Reynolds number at ang Prandtl number, na ipinahayag bilang 30:
kung saan ang h ay ang convective heat transfer coefficient (W/m2 K), l ay ang katangiang haba, λ ay ang thermal conductivity ng fluid (W/m K), at ang Prandtl number (Pr) ay isang sukatan ng ratio ng ang momentum diffusion coefficient sa thermal diffusivity (o velocity at relatibong kapal ng thermal boundary layer), na tinukoy bilang 30:
kung saan ang k at cp ay ang thermal conductivity at tiyak na kapasidad ng init ng likido, ayon sa pagkakabanggit.Sa pangkalahatan, ang hangin at tubig ay ang pinakakaraniwang mga coolant para sa mga de-koryenteng motor.Ang mga likidong katangian ng hangin at tubig sa ambient temperature ay ipinapakita sa Talahanayan 1.
Nakabatay ang IM thermal modeling sa mga sumusunod na pagpapalagay: 3D steady state, turbulent flow, air is a ideal gas, negligible radiation, Newtonian fluid, incompressible fluid, no-slip condition, at constant properties.Samakatuwid, ang mga sumusunod na equation ay ginagamit upang matupad ang mga batas ng konserbasyon ng masa, momentum, at enerhiya sa likidong rehiyon.
Sa pangkalahatang kaso, ang equation ng mass conservation ay katumbas ng net mass flow sa cell na may likido, na tinutukoy ng formula:
Ayon sa ikalawang batas ni Newton, ang rate ng pagbabago ng momentum ng isang likidong particle ay katumbas ng kabuuan ng mga puwersang kumikilos dito, at ang pangkalahatang equation ng konserbasyon ng momentum ay maaaring isulat sa vector form bilang:
Ang mga terminong ∇p, ∇∙τij, at ρg sa itaas na equation ay kumakatawan sa pressure, lagkit, at gravity, ayon sa pagkakabanggit.Ang cooling media (hangin, tubig, langis, atbp.) na ginagamit bilang mga coolant sa mga makina ay karaniwang itinuturing na Newtonian.Kasama lang sa mga equation na ipinapakita dito ang isang linear na relasyon sa pagitan ng shear stress at isang velocity gradient (strain rate) na patayo sa direksyon ng shear.Isinasaalang-alang ang patuloy na lagkit at tuluy-tuloy na daloy, ang equation (12) ay maaaring baguhin sa 31:
Ayon sa unang batas ng thermodynamics, ang rate ng pagbabago sa enerhiya ng isang likidong particle ay katumbas ng kabuuan ng netong init na nabuo ng likidong particle at ang netong kapangyarihan na ginawa ng likidong particle.Para sa isang Newtonian compressible viscous flow, ang energy conservation equation ay maaaring ipahayag bilang31:
kung saan ang Cp ay ang kapasidad ng init sa pare-parehong presyon, at ang terminong ∇ ∙ (k∇T) ay nauugnay sa thermal conductivity sa pamamagitan ng liquid cell boundary, kung saan ang k ay tumutukoy sa thermal conductivity.Ang conversion ng mekanikal na enerhiya sa init ay isinasaalang-alang sa mga tuntunin ng \(\varnothing\) (ibig sabihin, ang viscous dissipation function) at tinukoy bilang:
Kung saan ang \(\rho\) ay ang density ng likido, ang \(\mu\) ay ang lagkit ng likido, ang u, v at w ay ang potensyal ng direksyon x, y, z ng liquid velocity, ayon sa pagkakabanggit.Ang terminong ito ay naglalarawan ng conversion ng mekanikal na enerhiya sa thermal energy at maaaring balewalain dahil ito ay mahalaga lamang kapag ang lagkit ng fluid ay napakataas at ang velocity gradient ng fluid ay napakalaki.Sa kaso ng tuluy-tuloy na daloy, pare-pareho ang tiyak na init at thermal conductivity, ang equation ng enerhiya ay binago tulad ng sumusunod:
Ang mga pangunahing equation na ito ay nalutas para sa laminar flow sa Cartesian coordinate system.Gayunpaman, tulad ng maraming iba pang mga teknikal na problema, ang pagpapatakbo ng mga de-koryenteng makina ay pangunahing nauugnay sa magulong daloy.Samakatuwid, ang mga equation na ito ay binago upang mabuo ang Reynolds Navier-Stokes (RANS) averaging method para sa turbulence modelling.
Sa gawaing ito, napili ang ANSYS FLUENT 2021 program para sa CFD modelling na may kaukulang mga kondisyon ng hangganan, tulad ng isinasaalang-alang na modelo: isang asynchronous na makina na may air cooling na may kapasidad na 100 kW, ang diameter ng rotor 80.80 mm, ang diameter ng stator 83.56 mm (panloob) at 190 mm (panlabas), isang air gap ng 1.38 mm, ang kabuuang haba ng 234 mm, ang halaga , ang kapal ng ribs 3 mm..
Ang modelo ng SolidWorks air-cooled na engine ay ini-import sa ANSYS Fluent at kunwa.Bilang karagdagan, ang mga resulta na nakuha ay sinusuri upang matiyak ang katumpakan ng simulation na ginawa.Bilang karagdagan, ang isang pinagsamang air- at water-cooled na IM ay na-modelo gamit ang SolidWorks 2017 software at na-simulate gamit ang ANSYS Fluent 2021 software (Larawan 4).
Ang disenyo at mga sukat ng modelong ito ay hango sa seryeng aluminyo ng Siemens 1LA9 at na-modelo sa SolidWorks 2017. Ang modelo ay bahagyang binago upang umangkop sa mga pangangailangan ng software ng simulation.Baguhin ang mga modelo ng CAD sa pamamagitan ng pag-alis ng mga hindi gustong bahagi, pag-alis ng mga fillet, chamfer, at higit pa kapag nagmomodelo gamit ang ANSYS Workbench 2021.
Ang isang pagbabago sa disenyo ay ang water jacket, ang haba nito ay natukoy mula sa mga resulta ng simulation ng unang modelo.Ang ilang mga pagbabago ay ginawa sa simulation ng water jacket upang makuha ang pinakamahusay na mga resulta kapag ginagamit ang baywang sa ANSYS.Ang iba't ibang bahagi ng IM ay ipinapakita sa fig.5a–f.
(A).Rotor core at IM shaft.(b) IM stator core.(c) IM stator winding.(d) Panlabas na frame ng MI.(e) IM water jacket.f) kumbinasyon ng mga modelo ng IM na pinalamig ng hangin at tubig.
Ang shaft-mounted fan ay nagbibigay ng tuluy-tuloy na daloy ng hangin na 10 m/s at temperatura na 30 °C sa ibabaw ng mga palikpik.Ang halaga ng rate ay pinili nang sapalaran depende sa kapasidad ng presyon ng dugo na nasuri sa artikulong ito, na mas malaki kaysa sa ipinahiwatig sa panitikan.Kasama sa hot zone ang rotor, stator, stator windings at rotor cage bar.Ang mga materyales ng stator at rotor ay bakal, ang mga windings at cage rod ay tanso, ang frame at ribs ay aluminyo.Ang init na nabuo sa mga lugar na ito ay dahil sa mga electromagnetic phenomena, tulad ng pag-init ng Joule kapag ang isang panlabas na kasalukuyang ay dumaan sa isang copper coil, pati na rin ang mga pagbabago sa magnetic field.Ang mga rate ng paglabas ng init ng iba't ibang bahagi ay kinuha mula sa iba't ibang literatura na magagamit para sa isang 100 kW IM.
Ang pinagsamang mga air-cooled at water-cooled na IM, bilang karagdagan sa mga kondisyon sa itaas, ay may kasamang water jacket, kung saan ang mga kakayahan sa paglipat ng init at mga kinakailangan sa pump power ay sinuri para sa iba't ibang rate ng daloy ng tubig (5 l/min, 10 l/min at 15 l/min).Ang balbula na ito ay pinili bilang ang pinakamababang balbula, dahil ang mga resulta ay hindi nagbago nang malaki para sa mga daloy sa ibaba 5 L/min.Bilang karagdagan, ang isang rate ng daloy ng 15 L / min ay pinili bilang ang pinakamataas na halaga, dahil ang pumping power ay tumaas nang malaki sa kabila ng katotohanan na ang temperatura ay patuloy na bumabagsak.
Ang iba't ibang mga modelo ng IM ay na-import sa ANSYS Fluent at higit pang na-edit gamit ang ANSYS Design Modeler.Dagdag pa, isang kahon na pambalot na may sukat na 0.3 × 0.3 × 0.5 m ay itinayo sa paligid ng AD upang pag-aralan ang paggalaw ng hangin sa paligid ng makina at pag-aralan ang pag-alis ng init sa atmospera.Ang mga katulad na pagsusuri ay isinagawa para sa pinagsamang air- at water-cooled na mga IM.
Ang modelo ng IM ay namodelo gamit ang CFD at FEM numerical na pamamaraan.Ang mga mesh ay binuo sa CFD upang hatiin ang isang domain sa isang tiyak na bilang ng mga bahagi upang makahanap ng solusyon.Ang mga tetrahedral meshes na may naaangkop na laki ng elemento ay ginagamit para sa pangkalahatang kumplikadong geometry ng mga bahagi ng engine.Ang lahat ng mga interface ay napuno ng 10 mga layer upang makakuha ng tumpak na mga resulta ng paglipat ng init sa ibabaw.Ang grid geometry ng dalawang modelo ng MI ay ipinapakita sa Fig.6a, b.
Ang equation ng enerhiya ay nagpapahintulot sa iyo na pag-aralan ang paglipat ng init sa iba't ibang bahagi ng makina.Ang K-epsilon turbulence model na may mga standard na wall function ay pinili para i-modelo ang turbulence sa paligid ng panlabas na ibabaw.Isinasaalang-alang ng modelo ang kinetic energy (Ek) at turbulent dissipation (epsilon).Ang tanso, aluminyo, bakal, hangin at tubig ay pinili para sa kanilang karaniwang mga katangian para magamit sa kani-kanilang mga aplikasyon.Ang mga rate ng pagkawala ng init (tingnan ang Talahanayan 2) ay ibinibigay bilang mga input, at ang iba't ibang mga kondisyon ng zone ng baterya ay nakatakda sa 15, 17, 28, 32. Ang bilis ng hangin sa ibabaw ng motor case ay itinakda sa 10 m/s para sa parehong mga modelo ng motor, at sa Bilang karagdagan, tatlong magkakaibang mga rate ng tubig ang isinasaalang-alang para sa dyaket ng tubig (5 l/min, 10 l/min at 15 l/min).Para sa higit na katumpakan, ang mga nalalabi para sa lahat ng mga equation ay itinakda na katumbas ng 1 × 10–6.Piliin ang SIMPLE (Semi-Implicit Method for Pressure Equation) algorithm upang malutas ang Navier Prime (NS) equation.Pagkatapos makumpleto ang hybrid initialization, tatakbo ang setup ng 500 iteration, gaya ng ipinapakita sa Figure 7.
Oras ng post: Hul-24-2023