Nature.com'u ziyaret ettiğiniz için teşekkür ederiz.Sınırlı CSS desteğine sahip bir tarayıcı sürümü kullanıyorsunuz.En iyi deneyim için güncellenmiş bir tarayıcı kullanmanızı (veya Internet Explorer'da Uyumluluk Modunu devre dışı bırakmanızı) öneririz.Bu arada, sürekli destek sağlamak için siteyi stiller ve JavaScript olmadan gösteriyoruz.
Motorun işletme maliyetleri ve uzun ömürlü olması nedeniyle uygun bir motor termal yönetim stratejisi son derece önemlidir.Bu makale, daha iyi dayanıklılık sağlamak ve verimliliği artırmak için asenkron motorlar için bir termal yönetim stratejisi geliştirmiştir.Ayrıca motor soğutma yöntemleri ile ilgili kapsamlı bir literatür taraması yapılmıştır.Ana sonuç olarak, iyi bilinen ısı dağılımı sorunu dikkate alınarak yüksek güçlü hava soğutmalı bir asenkron motorun termal hesabı verilmiştir.Ayrıca bu çalışma, mevcut ihtiyaçları karşılamak için iki veya daha fazla soğutma stratejisi içeren entegre bir yaklaşım önermektedir.100 kW'lık hava soğutmalı bir asenkron motor modelinin ve aynı motorun hava soğutma ve entegre su soğutma sisteminin kombinasyonu yoluyla motor verimliliğinde önemli bir artışın sağlandığı geliştirilmiş bir termal yönetim modelinin sayısal bir çalışması yapılmıştır. gerçekleştirillen.Hava soğutmalı ve su soğutmalı entegre bir sistem, SolidWorks 2017 ve ANSYS Fluent 2021 sürümleri kullanılarak incelenmiştir.Üç farklı su akışı (5 L/dk, 10 L/dk ve 15 L/dk) geleneksel hava soğutmalı asenkron motorlara göre analiz edildi ve mevcut yayınlanmış kaynaklar kullanılarak doğrulandı.Analiz, farklı akış oranları için (sırasıyla 5 L/dk, 10 L/dk ve 15 L/dk) %2,94, %4,79 ve %7,69'luk karşılık gelen sıcaklık düşüşleri elde ettiğimizi göstermektedir.Bu nedenle sonuçlar, gömülü endüksiyon motorunun, hava soğutmalı endüksiyon motoruna kıyasla sıcaklığı etkili bir şekilde azaltabildiğini göstermektedir.
Elektrik motoru, modern mühendislik biliminin en önemli buluşlarından biridir.Elektrik motorları, otomotiv ve havacılık endüstrileri de dahil olmak üzere ev aletlerinden araçlara kadar her alanda kullanılmaktadır.Son yıllarda, endüksiyon motorlarının (AM) popülaritesi, yüksek başlangıç torkları, iyi hız kontrolü ve orta düzeyde aşırı yük kapasiteleri nedeniyle artmıştır (Şekil 1).Asenkron motorlar sadece ampullerinizi yakmakla kalmaz, aynı zamanda diş fırçanızdan Tesla'nıza kadar evinizdeki cihazların çoğuna güç sağlar.IM'deki mekanik enerji, stator ve rotor sargılarının manyetik alanının temasıyla oluşturulur.Ek olarak, nadir toprak metallerinin sınırlı arzı nedeniyle IM uygun bir seçenektir.Bununla birlikte, AD'lerin ana dezavantajı, ömürlerinin ve verimlerinin sıcaklığa karşı çok hassas olmalarıdır.Asenkron motorlar dünya elektriğinin yaklaşık %40'ını tüketiyor, bu da bizi bu makinelerin güç tüketimini yönetmenin çok önemli olduğunu düşündürmeli.
Arrhenius denklemi, çalışma sıcaklığındaki her 10°C'lik artışın tüm motorun ömrünü yarıya indirdiğini belirtir.Bu nedenle, makinenin güvenilirliğini sağlamak ve üretkenliğini artırmak için kan basıncının termal kontrolüne dikkat etmek gerekir.Geçmişte, termal analiz ihmal edildi ve motor tasarımcıları, tasarım deneyimine veya sargı akımı yoğunluğu vb. gibi diğer boyutsal değişkenlere dayalı olarak sorunu yalnızca çevrede değerlendirdiler. durum ısıtma koşulları, makine boyutunda bir artışa ve dolayısıyla maliyette bir artışa neden olur.
İki tür termal analiz vardır: toplu devre analizi ve sayısal yöntemler.Analitik yöntemlerin temel avantajı, hesaplamaları hızlı ve doğru bir şekilde gerçekleştirme yeteneğidir.Bununla birlikte, termal yolları simüle etmek için yeterli doğrulukta devreleri tanımlamak için büyük çaba sarf edilmelidir.Öte yandan, sayısal yöntemler kabaca her ikisi de sonlu elemanlar analizi (FEA) kullanan hesaplamalı akışkanlar dinamiği (CFD) ve yapısal termal analiz (STA) olarak ikiye ayrılır.Sayısal analizin avantajı, cihazın geometrisini modellemenize izin vermesidir.Ancak sistem kurulumu ve hesaplamaları bazen zor olabilir.Aşağıda tartışılan bilimsel makaleler, çeşitli modern endüksiyon motorlarının termal ve elektromanyetik analizlerinin seçilmiş örnekleridir.Bu makaleler, yazarları asenkron motorlardaki termal olayları ve soğutma yöntemlerini incelemeye sevk etti.
Pil-Wan Han1, MI'nın termal ve elektromanyetik analiziyle uğraşıyordu.Termal analiz için toplu devre analizi yöntemi, elektromanyetik analiz için zamanla değişen manyetik sonlu elemanlar yöntemi kullanılır.Herhangi bir endüstriyel uygulamada termal aşırı yük korumasını uygun şekilde sağlamak için, stator sargısının sıcaklığı güvenilir bir şekilde tahmin edilmelidir.Ahmed ve arkadaşları2, derin termal ve termodinamik hususlara dayanan daha yüksek dereceli bir ısı ağı modeli önermiştir.Endüstriyel termal koruma amaçlı termal modelleme yöntemlerinin geliştirilmesi, analitik çözümlerden ve termal parametrelerin dikkate alınmasından yararlanır.
Nair ve diğerleri3, bir elektrikli makinedeki termal dağılımı tahmin etmek için 39 kW'lık bir IM'nin birleşik analizini ve bir 3D sayısal termal analizi kullandı.Ying ve arkadaşları4 fan soğutmalı tamamen kapalı (TEFC) IM'leri 3D sıcaklık tahmini ile analiz etti.Ay ve ark.5, IM TEFC'nin ısı akışı özelliklerini CFD kullanarak inceledi.LPTN motor geçiş modeli Todd ve ark.6 tarafından verilmiştir.Deneysel sıcaklık verileri, önerilen LPTN modelinden türetilen hesaplanan sıcaklıklarla birlikte kullanılır.Peter ve diğerleri7, elektrik motorlarının termal davranışını etkileyen hava akışını incelemek için CFD'yi kullandı.
Cabral ve diğerleri, silindir ısı difüzyon denklemini uygulayarak makine sıcaklığının elde edildiği basit bir IM termal model önerdi.Nategh ve diğerleri9, optimize edilmiş bileşenlerin doğruluğunu test etmek için CFD kullanan kendinden havalandırmalı bir çekiş motoru sistemi üzerinde çalıştı.Böylece, asenkron motorların termal analizini simüle etmek için sayısal ve deneysel çalışmalar kullanılabilir, bkz.2.
Yinye ve arkadaşları10, standart malzemelerin ortak termal özelliklerinden ve yaygın makine parçası kaybı kaynaklarından yararlanarak termal yönetimi iyileştirmek için bir tasarım önerdi.Marco ve diğerleri11, CFD ve LPTN modelleri kullanan makine bileşenleri için soğutma sistemleri ve su ceketleri tasarlama kriterleri sunmuştur.Yaohui ve ark.12, uygun bir soğutma yönteminin seçilmesi ve tasarımın erken aşamalarında performansın değerlendirilmesi için çeşitli yönergeler sağlar.Nell ve ark.13, çoklu fizik problemi için belirli bir değer aralığı, ayrıntı düzeyi ve hesaplama gücü için birleştirilmiş elektromanyetik-termal simülasyon için modeller kullanmayı önerdi.Jean ve diğerleri14 ve Kim ve diğerleri15, bir 3D eşleştirilmiş FEM alanı kullanarak hava soğutmalı endüksiyon motorunun sıcaklık dağılımını incelediler.Joule kayıplarını bulmak için 3B girdap akımı alan analizini kullanarak girdi verilerini hesaplayın ve bunları termal analiz için kullanın.
Michel ve diğerleri16 simülasyonlar ve deneyler yoluyla geleneksel santrifüjlü soğutma fanlarını çeşitli tasarımlardaki eksenel fanlarla karşılaştırmıştır.Bu tasarımlardan biri, aynı çalışma sıcaklığını korurken motor verimliliğinde küçük ama önemli iyileştirmeler sağladı.
Lu ve ark.17, bir endüksiyon motorunun şaftındaki demir kayıplarını tahmin etmek için Boglietti modeliyle birlikte eşdeğer manyetik devre yöntemini kullandı.Yazarlar, iş mili motorunun içindeki herhangi bir enine kesitte manyetik akı yoğunluğunun dağılımının tekdüze olduğunu varsaymaktadır.Yöntemlerini sonlu elemanlar analizi ve deneysel modellerin sonuçlarıyla karşılaştırdılar.Bu yöntem, MI'nın hızlı analizi için kullanılabilir, ancak doğruluğu sınırlıdır.
18, lineer endüksiyon motorlarının elektromanyetik alanını analiz etmek için çeşitli yöntemler sunar.Bunların arasında, reaktif raylardaki güç kayıplarını tahmin etmeye yönelik yöntemler ve çekişli lineer endüksiyon motorlarının sıcaklık artışını tahmin etmeye yönelik yöntemler açıklanmaktadır.Bu yöntemler, lineer asenkron motorların enerji dönüşüm verimliliğini artırmak için kullanılabilir.
Zabdur ve ark.19 soğutma ceketlerinin performansını üç boyutlu sayısal bir yöntem kullanarak araştırdı.Soğutma ceketi, pompalama için gereken güç ve maksimum sıcaklıklar için önemli olan üç fazlı IM için ana soğutma sıvısı kaynağı olarak suyu kullanır.Rippel ve ark.20 sıvı soğutma sistemlerine enine lamine soğutma adı verilen, soğutucu akışkanın manyetik laminasyondaki deliklerin oluşturduğu dar bölgelerden enlemesine aktığı yeni bir yaklaşımın patentini almıştır.Derizade ve ark.21, otomotiv endüstrisindeki çekiş motorlarının bir etilen glikol ve su karışımı kullanılarak soğutulmasını deneysel olarak araştırdı.CFD ve 3D türbülanslı akışkan analizi ile çeşitli karışımların performansını değerlendirin.Boopathi ve diğerleri tarafından yapılan bir simülasyon çalışması22, su soğutmalı motorlar için sıcaklık aralığının (17-124°C) hava soğutmalı motorlardan (104-250°C) önemli ölçüde daha küçük olduğunu göstermiştir.Alüminyum su soğutmalı motorun maksimum sıcaklığı %50,4 oranında ve PA6GF30 su soğutmalı motorun maksimum sıcaklığı %48,4 oranında azaltılır.Bezukov ve ark.23, sıvı soğutma sistemi ile motor duvarının termal iletkenliği üzerinde kireç oluşumunun etkisini değerlendirmiştir.Çalışmalar, 1,5 mm kalınlığındaki bir oksit filmin ısı transferini %30 oranında azalttığını, yakıt tüketimini artırdığını ve motor gücünü azalttığını göstermiştir.
Tanguy ve diğerleri24, soğutucu olarak yağlama yağı kullanan elektrik motorları için çeşitli akış hızları, yağ sıcaklıkları, dönüş hızları ve enjeksiyon modları ile deneyler gerçekleştirdi.Akış hızı ile genel soğutma verimliliği arasında güçlü bir ilişki kurulmuştur.Ha ve ark.25, yağ filmini eşit şekilde dağıtmak ve motor soğutma verimliliğini en üst düzeye çıkarmak için meme olarak damlama memelerinin kullanılmasını önermiştir.
Nandi ve diğerleri26, L şeklindeki düz ısı borularının motor performansı ve termal yönetim üzerindeki etkisini analiz etti.Isı borusu evaporatör kısmı motor kasasına takılır veya motor miline gömülür ve kondenser kısmı takılır ve sirküle eden sıvı veya hava ile soğutulur.Bellettre ve ark.27, geçici bir motor statörü için bir PCM katı-sıvı soğutma sistemini inceledi.PCM, gizli termal enerjiyi depolayarak sıcak nokta sıcaklığını düşürerek sargı kafalarını emprenye eder.
Böylece motor performansı ve sıcaklık, farklı soğutma stratejileri kullanılarak değerlendirilir, bkz.3. Bu soğutma devreleri sargıların, levhaların, sargı kafalarının, mıknatısların, karkasın ve uç levhaların sıcaklığını kontrol etmek için tasarlanmıştır.
Sıvı soğutma sistemleri, verimli ısı transferi ile bilinir.Ancak soğutma sıvısının motorun etrafına pompalanması çok fazla enerji tüketir ve bu da motorun etkin güç çıkışını azaltır.Hava soğutma sistemleri ise maliyetinin düşük olması ve yükseltme kolaylığı nedeniyle yaygın olarak kullanılan bir yöntemdir.Ancak yine de sıvı soğutma sistemlerinden daha az verimlidir.Ek enerji tüketmeden sıvı soğutmalı bir sistemin yüksek ısı transfer performansını hava soğutmalı bir sistemin düşük maliyetiyle birleştirebilen entegre bir yaklaşıma ihtiyaç vardır.
Bu makale AD'deki ısı kayıplarını listeler ve analiz eder.Asenkron motorların ısınması ve soğumasının yanı sıra bu sorunun mekanizması Asenkron Motorlarda Isı Kaybı bölümünde Soğutma Stratejileri aracılığıyla açıklanmaktadır.Bir asenkron motorun çekirdeğindeki ısı kaybı, ısıya dönüştürülür.Bu nedenle, bu makale, motor içindeki iletim ve zorlanmış konveksiyon yoluyla ısı transferi mekanizmasını tartışmaktadır.Süreklilik denklemleri, Navier-Stokes/momentum denklemleri ve enerji denklemleri kullanılarak IM'nin termal modellemesi rapor edilmiştir.Araştırmacılar, yalnızca elektrik motorunun termal rejimini kontrol etmek amacıyla stator sargılarının sıcaklığını tahmin etmek için IM'nin analitik ve sayısal termal çalışmalarını gerçekleştirdiler.Bu makale, CAD modelleme ve ANSYS Fluent simülasyonu kullanılarak hava soğutmalı IM'lerin termal analizine ve entegre hava soğutmalı ve su soğutmalı IM'lerin termal analizine odaklanmaktadır.Ve hava soğutmalı ve su soğutmalı sistemlerin entegre geliştirilmiş modelinin termal avantajları derinlemesine analiz edilir.Yukarıda bahsedildiği gibi, burada listelenen belgeler, endüksiyon motorlarının termal olayları ve soğutulması alanındaki en son teknolojinin bir özeti değildir, ancak endüksiyon motorlarının güvenilir şekilde çalışmasını sağlamak için çözülmesi gereken birçok sorunu gösterir. .
Isı kaybı genellikle bakır kaybı, demir kaybı ve sürtünme/mekanik kayıp olarak ayrılır.
Bakır kayıpları, iletkenin özdirenci nedeniyle Joule ısınmasının sonucudur ve 10.28 olarak ölçülebilir:
burada q̇g üretilen ısıdır, I ve Ve sırasıyla nominal akım ve gerilimdir ve Re bakır direncidir.
Parazitik kayıp olarak da bilinen demir kaybı, AM'de çoğunlukla zamanla değişen manyetik alanın neden olduğu histerezis ve girdap akımı kayıplarına neden olan ikinci ana kayıp türüdür.Bunlar, katsayıları çalışma koşullarına bağlı olarak sabit veya değişken olarak kabul edilebilecek genişletilmiş Steinmetz denklemi ile ölçülür10,28,29.
burada Khn çekirdek kayıp diyagramından türetilen histerezis kayıp faktörüdür, Ken girdap akımı kayıp faktörüdür, N harmonik indekstir, Bn ve f sırasıyla tepe akı yoğunluğu ve sinüzoidal olmayan uyarımın frekansıdır.Yukarıdaki denklem aşağıdaki gibi daha da basitleştirilebilir10,29:
Bunların arasında K1 ve K2, sırasıyla çekirdek kayıp faktörü ve girdap akımı kaybı (qec), histerezis kaybı (qh) ve aşırı kayıptır (qex).
Rüzgar yükü ve sürtünme kayıpları, IM'deki mekanik kayıpların iki ana nedenidir.Rüzgar ve sürtünme kayıpları 10,
Formülde, n dönme hızı, Kfb sürtünme kayıplarının katsayısı, D rotorun dış çapı, l rotorun uzunluğu, G rotorun 10 ağırlığıdır.
Motor içindeki ısı transferi için birincil mekanizma, bu örneğe uygulanan Poisson denklemi30 tarafından belirlendiği gibi, iletim ve dahili ısıtma yoluyladır:
Çalışma sırasında, motor sabit duruma ulaştığında belirli bir süre sonra, üretilen ısı, yüzey ısı akısının sabit bir şekilde ısıtılmasıyla yaklaşık olarak hesaplanabilir.Bu nedenle, motor içindeki iletimin, iç ısının serbest bırakılmasıyla gerçekleştiği varsayılabilir.
Akışkan bir dış kuvvet tarafından belirli bir yönde hareket etmeye zorlandığında, kanatçıklar ve çevreleyen atmosfer arasındaki ısı transferi, zorlanmış konveksiyon olarak kabul edilir.Konveksiyon 30 olarak ifade edilebilir:
burada h ısı transfer katsayısıdır (W/m2K), A yüzey alanıdır ve ΔT ısı transfer yüzeyi ile yüzeye dik soğutucu akışkan arasındaki sıcaklık farkıdır.Nusselt sayısı (Nu), sınıra dik konvektif ve iletken ısı transferi oranının bir ölçüsüdür ve laminer ve türbülanslı akışın özelliklerine göre seçilir.Ampirik yönteme göre, türbülanslı akışın Nusselt sayısı genellikle Reynolds sayısı ve 30 olarak ifade edilen Prandtl sayısı ile ilişkilendirilir:
burada h konvektif ısı transfer katsayısıdır (W/m2K), l karakteristik uzunluktur, λ sıvının termal iletkenliğidir (W/mK) ve Prandtl sayısı (Pr) oranın bir ölçüsüdür. 30 olarak tanımlanan termal yayılmaya (veya termal sınır tabakasının hızına ve bağıl kalınlığına) momentum difüzyon katsayısı:
burada k ve cp sırasıyla sıvının termal iletkenliği ve özgül ısı kapasitesidir.Genel olarak hava ve su, elektrik motorları için en yaygın soğutma sıvılarıdır.Ortam sıcaklığında hava ve suyun sıvı özellikleri Tablo 1'de gösterilmektedir.
IM termal modelleme aşağıdaki varsayımlara dayanmaktadır: 3B kararlı durum, türbülanslı akış, hava ideal bir gazdır, ihmal edilebilir radyasyon, Newton akışkanı, sıkıştırılamaz akışkan, kaymama durumu ve sabit özellikler.Bu nedenle, sıvı bölgede kütle, momentum ve enerjinin korunumu yasalarını yerine getirmek için aşağıdaki denklemler kullanılır.
Genel durumda, kütle koruma denklemi, aşağıdaki formülle belirlenen, sıvı ile hücreye giren net kütle akışına eşittir:
Newton'un ikinci yasasına göre sıvı bir parçacığın momentumundaki değişim oranı, ona etki eden kuvvetlerin toplamına eşittir ve genel momentum korunumu denklemi vektör formunda şu şekilde yazılabilir:
Yukarıdaki denklemdeki ∇p, ∇∙τij ve ρg terimleri sırasıyla basıncı, viskoziteyi ve yerçekimini temsil eder.Makinelerde soğutma sıvısı olarak kullanılan soğutma ortamları (hava, su, yağ vb.) genellikle Newtonian olarak kabul edilir.Burada gösterilen denklemler yalnızca kayma gerilimi ile kayma yönüne dik bir hız gradyanı (gerinim hızı) arasındaki doğrusal bir ilişkiyi içerir.Sabit viskozite ve sabit akış dikkate alındığında, denklem (12) 31 olarak değiştirilebilir:
Termodinamiğin birinci yasasına göre sıvı parçacığın enerjisindeki değişim oranı, sıvı parçacığın ürettiği net ısı ile sıvı parçacığın ürettiği net gücün toplamına eşittir.Newton tipi sıkıştırılabilir bir viskoz akış için, enerji korunumu denklemi şu şekilde ifade edilebilir31:
burada Cp, sabit basınçtaki ısı kapasitesidir ve ∇ ∙ (k∇T) terimi, k'nin termal iletkenliği ifade ettiği sıvı hücre sınırından geçen termal iletkenlik ile ilgilidir.Mekanik enerjinin ısıya dönüşümü \(\varnothing\) (yani, viskoz dağılma fonksiyonu) cinsinden ele alınır ve şu şekilde tanımlanır:
\(\rho\) sıvının yoğunluğu, \(\mu\) sıvının viskozitesi, u, v ve w sırasıyla sıvı hızının x, y, z yönünün potansiyelidir.Bu terim, mekanik enerjinin termal enerjiye dönüşümünü tanımlar ve göz ardı edilebilir çünkü yalnızca sıvının viskozitesi çok yüksek olduğunda ve sıvının hız gradyanı çok büyük olduğunda önemlidir.Sürekli akış, sabit özgül ısı ve termal iletkenlik durumunda, enerji denklemi aşağıdaki gibi değiştirilir:
Bu temel denklemler Kartezyen koordinat sisteminde laminer akış için çözülür.Bununla birlikte, diğer birçok teknik problem gibi, elektrikli makinelerin çalışması da öncelikle türbülanslı akışlarla ilişkilidir.Bu nedenle, bu denklemler, türbülans modellemesi için Reynolds Navier-Stokes (RANS) ortalama alma yöntemini oluşturmak üzere değiştirilir.
Bu çalışmada, dikkate alınan model gibi ilgili sınır koşullarıyla CFD modellemesi için ANSYS FLUENT 2021 programı seçildi: 100 kW kapasiteli hava soğutmalı asenkron motor, rotor çapı 80,80 mm, çap stator 83,56 mm (iç) ve 190 mm (dış), 1,38 mm hava boşluğu, toplam uzunluk 234 mm, miktar, nervürlerin kalınlığı 3 mm..
SolidWorks hava soğutmalı motor modeli daha sonra ANSYS Fluent'a alınır ve simüle edilir.Ayrıca, yapılan simülasyonun doğruluğundan emin olmak için elde edilen sonuçlar kontrol edilir.Ek olarak, entegre bir hava ve su soğutmalı IM, SolidWorks 2017 yazılımı kullanılarak modellendi ve ANSYS Fluent 2021 yazılımı kullanılarak simüle edildi (Şekil 4).
Bu modelin tasarımı ve boyutları Siemens 1LA9 alüminyum serisinden esinlenerek SolidWorks 2017'de modellenmiştir. Model, simülasyon yazılımının ihtiyaçlarına uyacak şekilde biraz değiştirilmiştir.ANSYS Workbench 2021 ile modelleme yaparken istenmeyen parçaları, radyusları, pahları ve daha fazlasını kaldırarak CAD modellerini değiştirin.
Bir tasarım yeniliği, uzunluğu ilk modelin simülasyon sonuçlarından belirlenen su ceketidir.ANSYS'de bel bölgesini kullanırken en iyi sonuçları alabilmek için su ceketi simülasyonunda bazı değişiklikler yapılmıştır.IM'nin çeşitli parçaları, Şek.5a-f.
(A).Rotor çekirdeği ve IM mili.(b) IM stator çekirdeği.(c) IM stator sargısı.(d) MI'nın dış çerçevesi.(e) IM su ceketi.f) hava ve su soğutmalı IM modellerinin kombinasyonu.
Şafta monteli fan, kanatların yüzeyinde 10 m/s'lik sabit bir hava akışı ve 30 °C'lik bir sıcaklık sağlar.Oranın değeri, literatürde belirtilenden daha büyük olan bu makalede analiz edilen kan basıncının kapasitesine bağlı olarak rastgele seçilir.Sıcak bölge rotor, stator, stator sargıları ve rotor kafes çubuklarını içerir.Stator ve rotor malzemeleri çelik, sargı ve kafes çubukları bakır, çerçeve ve nervürler alüminyumdur.Bu alanlarda üretilen ısı, bir bakır bobinden bir dış akım geçtiğinde Joule ısınması gibi elektromanyetik fenomenlerin yanı sıra manyetik alandaki değişikliklerden kaynaklanır.Çeşitli bileşenlerin ısı yayma oranları, 100 kW'lık bir IM için mevcut olan çeşitli literatürden alınmıştır.
Entegre hava soğutmalı ve su soğutmalı IM'ler, yukarıdaki koşullara ek olarak, çeşitli su akış hızları (5 l/dak, 10 l/dak) için ısı transfer kapasitelerinin ve pompa gücü gereksinimlerinin analiz edildiği bir su ceketi de içerir. ve 15 l/dak).Sonuçlar 5 L/dak'nın altındaki akışlar için önemli ölçüde değişmediği için bu valf minimum valf olarak seçilmiştir.Ayrıca sıcaklığın düşmeye devam etmesine rağmen pompalama gücü önemli ölçüde arttığı için 15 L/dk debi maksimum değer olarak seçilmiştir.
Çeşitli IM modelleri ANSYS Fluent'a aktarıldı ve ANSYS Design Modeler kullanılarak daha fazla düzenlendi.Ayrıca, havanın motor etrafındaki hareketini analiz etmek ve ısının atmosfere çıkarılmasını incelemek için AD'nin etrafına 0,3 × 0,3 × 0,5 m boyutlarında kutu şeklinde bir kasa inşa edildi.Entegre hava ve su soğutmalı IM'ler için benzer analizler yapıldı.
IM modeli, CFD ve FEM sayısal yöntemleri kullanılarak modellenmiştir.Bir çözüm bulmak için bir etki alanını belirli sayıda bileşene bölmek için CFD'de ağlar oluşturulur.Motor bileşenlerinin genel karmaşık geometrisi için uygun eleman boyutlarına sahip dört yüzlü kafesler kullanılır.Doğru yüzey ısı transferi sonuçları elde etmek için tüm arayüzler 10 katmanla dolduruldu.İki MI modelinin ızgara geometrisi Şekil 1'de gösterilmektedir.6a, b.
Enerji denklemi, motorun çeşitli alanlarındaki ısı transferini incelemenizi sağlar.Dış yüzey etrafındaki türbülansı modellemek için standart duvar fonksiyonlarına sahip K-epsilon türbülans modeli seçilmiştir.Model, kinetik enerjiyi (Ek) ve türbülans dağılımını (epsilon) hesaba katar.Bakır, alüminyum, çelik, hava ve su, kendi uygulamalarında kullanılmak üzere standart özelliklerine göre seçilmiştir.Isı yayılım oranları (bkz. Tablo 2) girdi olarak verilmiş ve farklı pil bölgesi koşulları 15, 17, 28, 32 olarak ayarlanmıştır. Motor kasası üzerindeki hava hızı her iki motor modeli için 10 m/s olarak ayarlanmıştır ve Ayrıca su ceketi için üç farklı su oranı (5 l/dk, 10 l/dk ve 15 l/dk) dikkate alınmıştır.Daha fazla doğruluk için, tüm denklemler için artıklar 1 × 10–6'ya eşitlendi.Navier Prime (NS) denklemlerini çözmek için BASİT (Basınç Denklemleri için Yarı Örtülü Yöntem) algoritmasını seçin.Hibrit başlatma tamamlandıktan sonra kurulum, Şekil 7'de gösterildiği gibi 500 yineleme çalıştıracaktır.
Gönderim zamanı: 24 Temmuz 2023