電機(jī)散熱分析的案例
來(lái)稿 | Ansys CFD在電機(jī)散熱仿真中的應(yīng)用
改進(jìn)電機(jī)的冷卻技術(shù)，對(duì)提高電機(jī)的利用系數(shù)和效率及增加可靠性和壽命，特別對(duì)提高大型電機(jī)的單機(jī)容量，都具有重要意義。
為了找到最佳電機(jī)冷卻方式，需要對(duì)電機(jī)在工作過(guò)程中的核心流動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行CFD仿真分析。通常電機(jī)CFD仿真分析的核心即是電機(jī)散熱系統(tǒng)分析，涉及通風(fēng)系統(tǒng)、通風(fēng)部件、換熱部件的設(shè)計(jì)優(yōu)化以及電機(jī)核心部件溫升（起動(dòng)時(shí)及額定工況）等問(wèn)題。
Ansys CFD在電機(jī)散熱仿真中的應(yīng)用
電機(jī)冷卻的目的就是根據(jù)不同類(lèi)型電機(jī)選擇一種合理冷卻方式，保證在額定運(yùn)行狀態(tài)下，電機(jī)各部分溫度不超過(guò)國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)允許的限值。電機(jī)的冷卻方式，主要是指對(duì)電機(jī)散熱采用什么冷卻介質(zhì)和相應(yīng)的流動(dòng)途徑。改進(jìn)電機(jī)的冷卻技術(shù)，對(duì)提高電機(jī)的利用系數(shù)和效率及增加可靠性和壽命，特別對(duì)提高大型電機(jī)的單機(jī)容量，都具有重要意義。
為了找到最佳電機(jī)冷卻方式，需要對(duì)電機(jī)在工作過(guò)程中的核心流動(dòng)問(wèn)題進(jìn)行CFD仿真分析。通常電機(jī)CFD仿真分析的核心即是電機(jī)散熱系統(tǒng)分析，涉及通風(fēng)系統(tǒng)、通風(fēng)部件、換熱部件的設(shè)計(jì)優(yōu)化以及電機(jī)核心部件溫升（起動(dòng)時(shí)及額定工況）等問(wèn)題。
展開(kāi) 高精度模擬，多物理協(xié)同 | 《ANSYS電機(jī)本體設(shè)計(jì)仿真解決方案》現(xiàn)已開(kāi)放領(lǐng)取
1 電機(jī)概念設(shè)計(jì)
2 電磁場(chǎng)有限元分析
· 一鍵有限元
· 自動(dòng)自適應(yīng)網(wǎng)格剖分
· 磁滯材料建模
· 電磁優(yōu)化設(shè)計(jì)
· 損耗精確計(jì)算
· 高性能計(jì)算
3 電機(jī)結(jié)構(gòu)分析
· 電機(jī)定子結(jié)構(gòu)及模態(tài)計(jì)算
· 電機(jī)臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算
· 電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析
· 電機(jī)轉(zhuǎn)子疲勞壽命分析
4 電機(jī)散熱分析
· 直流無(wú)刷永磁電機(jī)散熱分析
· 某小型電機(jī)瞬態(tài)溫升分析
· 電鉆電機(jī)通風(fēng)散熱分析
5 電機(jī)振動(dòng)噪聲分析
6 電機(jī)振動(dòng)噪音設(shè)計(jì)
· 基于聯(lián)合仿真的聲音分析及優(yōu)化
· 結(jié)合測(cè)試與仿真的系統(tǒng)集成與聲音設(shè)計(jì)
· 面向最終用戶(hù)感受的聲品質(zhì)研究
7 多物理場(chǎng)耦合分析
· 電磁、結(jié)構(gòu)耦合分析
· 電磁、熱耦合分析
8 基于optiSLang的電機(jī)多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計(jì)
· 問(wèn)題描述
· 輸入模型參數(shù)化
· Workbench中建立分析用Maxwell模型
· 定義輸入輸出變量
· 添加OptiSLang設(shè)置
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展開(kāi) 電機(jī)本體設(shè)計(jì)仿真解決方案
Ansys Motor-CAD專(zhuān)用于電機(jī)電磁、熱、結(jié)構(gòu)、復(fù)雜周期工況下的設(shè)計(jì)工具。
MotorCAD軟件可以幫助電機(jī)設(shè)計(jì)工程師避免在原型機(jī)或制造階段代價(jià)昂貴的錯(cuò)誤，而將設(shè)計(jì)風(fēng)險(xiǎn)轉(zhuǎn)移到計(jì)算機(jī)的數(shù)值模擬階段，從而使企業(yè)減少設(shè)計(jì)時(shí)間，降低設(shè)計(jì)成本，提高產(chǎn)品質(zhì)量，縮短產(chǎn)品上市時(shí)間，最終增加企業(yè)利潤(rùn)。
MotorCAD包括MotorCAD-Therm熱計(jì)算模塊、MotorCAD-EMag電磁計(jì)算模塊和MotorCAD-Lab虛擬實(shí)驗(yàn)室模塊和Motor-CAD-Mech機(jī)械模塊。
目錄
1. 電機(jī)概念設(shè)計(jì)
2. 電磁場(chǎng)有限元分析
2.1 一鍵有限元
2.2 自動(dòng)自適應(yīng)網(wǎng)格剖分
2.3 磁滯材料建模
2.4 電磁優(yōu)化設(shè)計(jì)
2.5 損耗精確計(jì)算
2.6 高性能計(jì)算
3. 電機(jī)結(jié)構(gòu)分析
3.1 電機(jī)定子結(jié)構(gòu)及模態(tài)計(jì)算
3.2 電機(jī)臨界轉(zhuǎn)速計(jì)算
3.3 電機(jī)轉(zhuǎn)子動(dòng)力學(xué)分析
3.4 電機(jī)轉(zhuǎn)子疲勞壽命分析
4. 電機(jī)散熱分析
4.1 直流無(wú)刷永磁電機(jī)散熱分析
4.2 某小型電機(jī)瞬態(tài)溫升分析
4.3 電鉆電機(jī)通風(fēng)散熱分析
5. 電機(jī)振動(dòng)噪聲分析
6. 電機(jī)振動(dòng)噪音設(shè)計(jì)
6.1 基于聯(lián)合仿真的聲音分析及優(yōu)化
6.2 結(jié)合測(cè)試與仿真的系統(tǒng)集成與聲音設(shè)計(jì)
6.3 面向最終用戶(hù)感受的聲品質(zhì)研究
7. 多物理場(chǎng)耦合分析
7.1 電磁、結(jié)構(gòu)耦合分析
7.2 電磁、熱耦合分析
8.
展開(kāi) 
基于A(yíng)NSYS的水冷電機(jī)控制器散熱仿真分析
摘 要：
電機(jī)控制器中的主要散熱器件有電容和IGBT等,其散熱性能直接關(guān)系到電機(jī)的輸出。以控制器中的8個(gè)電容及3個(gè)IGBT為主要熱源,采用有限元分析的穩(wěn)態(tài)熱模塊及流體模塊,分別對(duì)其進(jìn)行溫度仿真分析,分析對(duì)比在使用水冷散熱前后主要發(fā)熱器件的散熱狀態(tài),得出水冷散熱的仿真效果比常態(tài)下的溫度降低約27℃,為實(shí)際產(chǎn)品的設(shè)計(jì)生產(chǎn)提供支撐。
關(guān)鍵詞：控制器;水冷;熱仿真;
0 引言
隨著電子產(chǎn)品小型化的發(fā)展，控制器的尺寸隨著元器件的小型化逐漸減小，但元器件的熱功率密度越來(lái)越大，其運(yùn)行時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的熱，為此研究主要元器件在狹窄結(jié)構(gòu)空間的散熱，保證其不超過(guò)耐熱極限[1,2]。水的比熱容是空氣的4倍，選用水冷板對(duì)其進(jìn)行散熱處理，可以提高散熱效率[3,4]。以5.5 k W控制器為例，對(duì)其主要發(fā)熱器件電容及IGBT(Insulated Gate Bipolar Transistor，絕緣柵極型晶體管）進(jìn)行熱仿真分析。
1 控制器的前處理
1.1 控制器結(jié)構(gòu)降階處理
對(duì)5.5 k W控制器進(jìn)行3D建模，顯示控制器有1215個(gè)部件，控制器模型如圖1所示。若全部仿真會(huì)使模擬計(jì)算量和時(shí)間增加，一般需要進(jìn)行模型降階處理[5]。
圖1 控制器模型
保留控制器的主要發(fā)熱器件為8個(gè)電容及3個(gè)IGBT，保留殼體及水冷板。將殼體外部的航空插頭、發(fā)熱不嚴(yán)重的電路板及控制器外殼的螺紋孔全部填補(bǔ)完整。將水冷板的殼體與水道使用布爾減的方法進(jìn)行分離，防止后期網(wǎng)格劃分時(shí)，將殼體和水道劃為整體，導(dǎo)致網(wǎng)格劃分不合適，計(jì)算失敗。模型降階情況如圖2所示。
1.2 控制器網(wǎng)格設(shè)置
網(wǎng)格劃分的好壞直接關(guān)系到計(jì)算的結(jié)果和計(jì)算時(shí)間的長(zhǎng)短，所以在進(jìn)行網(wǎng)格劃分的時(shí)候，優(yōu)先選擇曲面狀的物體進(jìn)行網(wǎng)格劃分，這樣在網(wǎng)格劃分的時(shí)候就可以保證曲面的完整性。
展開(kāi) 基于不同冷卻方式的電機(jī)散熱分析
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展開(kāi) 電機(jī)散熱系統(tǒng)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)
(a)18個(gè)翅片
(b)27個(gè)翅片 (c)36個(gè)翅片
圖5 采用不同翅片結(jié)構(gòu)的電機(jī)溫度分布云圖
Fig.5 The temperature distribution of the motors with
different fin structures
2.1.2 強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱系統(tǒng)
自然風(fēng)冷散熱系統(tǒng)的效率與機(jī)殼表面翅片面積、翅片高度和機(jī)殼表面的輻射率正相關(guān)，這些因素對(duì)強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱系統(tǒng)的效率也同樣具有增強(qiáng)作用。利用有限元仿真軟件，GALLONI等分析了葉片形狀、數(shù)量和長(zhǎng)寬比等參數(shù)對(duì)電機(jī)散熱效率的影響，并根據(jù)分析結(jié)果開(kāi)發(fā)了能夠用于電機(jī)強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱系統(tǒng)耦合熱分析的數(shù)學(xué)模型。
NAKAHAMA等提出了適用于開(kāi)啟式風(fēng)冷散熱系統(tǒng)車(chē)用電機(jī)的定子鐵心內(nèi)部及外部雙冷卻通路的強(qiáng)化散熱方案。KIM等建立了開(kāi)啟式風(fēng)冷散熱感應(yīng)電機(jī)的熱網(wǎng)絡(luò)模型，該模型計(jì)算得到的定子、繞組溫度誤差不超過(guò)2 ℃。GRAB OWSKI等對(duì)額定功率為7.5 kW的封閉式外通風(fēng)散熱電機(jī)的溫升性能進(jìn)行了有限元仿真，仿真結(jié)果與測(cè)試結(jié)果之間的誤差不超過(guò)10%。NODA等設(shè)計(jì)了一款采用開(kāi)啟式強(qiáng)迫風(fēng)冷散熱系統(tǒng)的車(chē)用電機(jī)，如圖6所示，由于外部空氣直接進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部進(jìn)行冷卻，因此每三年需要拆卸電機(jī)進(jìn)行清理，并且高轉(zhuǎn)速工況下的電機(jī)噪聲較大。開(kāi)啟式散熱系統(tǒng)的散熱效率較封閉式散熱系統(tǒng)高，但是噪聲較大、需要定期清理的不足限制了開(kāi)啟式風(fēng)冷散熱系統(tǒng)電機(jī)的進(jìn)一步發(fā)展。封閉式風(fēng)冷散熱系統(tǒng)具有相互獨(dú)立的內(nèi)部風(fēng)道與外部風(fēng)道，可以有效阻止污染物進(jìn)入電機(jī)內(nèi)部，逐漸取代開(kāi)啟式散熱系統(tǒng)得到了應(yīng)用與發(fā)展。
圖6 具有開(kāi)啟式風(fēng)冷散熱系統(tǒng)的車(chē)用電機(jī)
Fig.6 Motor with an open air cooling system
內(nèi)部通風(fēng)散熱系統(tǒng)的冷卻氣流可以與電機(jī)內(nèi)部的發(fā)熱部件直接接觸，其散熱效率高于外部通風(fēng)散熱系統(tǒng)。
展開(kāi) fluent 電機(jī)水冷散熱 ￥10
問(wèn)題描述：
如下圖所示，黃色的為線(xiàn)圈電機(jī)，其功率為500w每個(gè)，通過(guò)水冷散熱，其進(jìn)水口為1m/s，水冷板材料和電機(jī)線(xiàn)圈材料均為AL。查看模型整體溫度。圖 1 問(wèn)題描述
外部建模
1、首先建立水道的流動(dòng)模型如下圖所示。圖 2 水道草圖2、建立水道殼體，通過(guò)拉伸及偏置進(jìn)行水道的切除圖 3水道實(shí)體3、建立電機(jī)及接觸板等。圖 4 熱仿真電機(jī)總體模型
Workbench中的模型處理
4、導(dǎo)入到workbench中，通過(guò)spaceclaim進(jìn)行體積抽取建立流體水道模型。圖 5 spaceclaim中體積抽取5、用mesh進(jìn)行網(wǎng)格劃分可以將所有的part進(jìn)行和并成一個(gè)part共節(jié)點(diǎn)，但是對(duì)于性能較低的電腦可以使用接觸，僅將水道和流體進(jìn)行共節(jié)點(diǎn)，電機(jī)及接觸的板與水道進(jìn)行綁定接觸。圖 6 網(wǎng)格劃分6、點(diǎn)擊setup，選擇serial，單核進(jìn)行計(jì)算（電腦有多核可以選擇多核）。圖 7 fluent 啟動(dòng)
Fluent中的條件設(shè)置
7、初始條件設(shè)置，選擇添加重力條件。8、進(jìn)口速度為1m/s，進(jìn)行簡(jiǎn)單的計(jì)算，超過(guò)湍流的雷諾數(shù)，選擇k-epsilon的湍流模型，參數(shù)默認(rèn)即可。同時(shí)打開(kāi)energy選項(xiàng)。圖 8 湍流模型選擇9、添加water的材料圖 9 材料10、模型初始化。選擇賦予相應(yīng)的模型材料，設(shè)置電機(jī)的功率密度。功率密度等于功率除以發(fā)熱電機(jī)體積。圖 10 電機(jī)功率11、進(jìn)行接觸部分耦合圖 11 接觸耦合12、邊界條件設(shè)置，其中inlet1和inlet2流速都是1m/s，進(jìn)水溫度295K。turbulent intensity為5%，hydraulic diameter為9.6mm。出口為大氣壓101325Pa。溫度為295K。圖 12進(jìn)口邊界條件圖 13 出口邊界條件13、對(duì)于外wall的設(shè)置考慮到空氣散熱，其heat flux為10W/m2。
展開(kāi) 【12月4-5日 上海】ANSYS官方培訓(xùn)—電機(jī)多場(chǎng)耦合仿真（電磁、流體、振動(dòng)、噪聲耦合分析）
電機(jī)多場(chǎng)耦合仿真（電磁、流體、振動(dòng)、噪聲耦合分析）
培訓(xùn)背景
電機(jī)，特別是現(xiàn)代高效能電機(jī)和新型永磁電機(jī)，作為工業(yè)領(lǐng)域最為重要的電能轉(zhuǎn)換設(shè)備，其直接/間接用電量占到了工業(yè)領(lǐng)域總用電量的近75%，如何在電機(jī)方案設(shè)計(jì)前期有效提升產(chǎn)品的效率？如何在保證效率的同時(shí)綜合提升電機(jī)的散熱性能指標(biāo)？如何優(yōu)化電機(jī)振動(dòng)和噪音？如何盡可能的壓縮產(chǎn)品開(kāi)發(fā)周期、降低產(chǎn)品的開(kāi)發(fā)成本？上述問(wèn)題嚴(yán)重制約著電機(jī)研發(fā)、設(shè)計(jì)企業(yè)和研究院所的長(zhǎng)期穩(wěn)定發(fā)展，以及產(chǎn)品的核心競(jìng)爭(zhēng)力提升。
為了推進(jìn)中國(guó)電機(jī)設(shè)計(jì)企業(yè)和院所的產(chǎn)品設(shè)計(jì)能力提升、解決電機(jī)設(shè)計(jì)工程師在實(shí)際設(shè)計(jì)中面臨的工程問(wèn)題；同時(shí)，也為了讓廣大電機(jī)設(shè)計(jì)工程師更好的使用軟件，普及ANSYS電機(jī)多物理場(chǎng)耦合分析高級(jí)功能， ANSYS公司（原廠(chǎng)）特定于12月4日在上海開(kāi)辦 “電機(jī)多場(chǎng)耦合仿真（電磁、流體、振動(dòng)、噪聲耦合分析）”專(zhuān)題班，幫助您全面了解ANSYS軟件最新功能與使用技巧，解答您在軟件使用中的疑惑與問(wèn)題，并將上述軟件的各項(xiàng)功能靈活高效地應(yīng)用于仿真中，解決目前一些研究熱點(diǎn)中的仿真難題，提升高效電機(jī)產(chǎn)品研制和設(shè)計(jì)效率。
培訓(xùn)合格者發(fā)放ANSYS技術(shù)培訓(xùn)認(rèn)證證書(shū)。
展開(kāi) 從散熱分析上修改燈具散熱殼的散熱結(jié)構(gòu) ￥1
SWSIMULATION熱力分析：
10顆燈珠，每顆燈珠功率50W（每秒50J）。
對(duì)流設(shè)置所有外接觸面（選擇對(duì)流面時(shí)取消內(nèi)壁），對(duì)流系數(shù)設(shè)置25W/（m^2*k）。對(duì)流換熱系數(shù)：空氣自然對(duì)流：5-25W/（m^2*k）；氣體強(qiáng)制對(duì)流：20-300W/（m^2*k）；
環(huán)境溫度設(shè)為313K，約40攝氏度。
SW設(shè)置材料為鋁合金6061，材料熱導(dǎo)率是170W/m^2*K。
ANSYS中設(shè)置材料為AL，材料熱導(dǎo)率曲線(xiàn)。
結(jié)構(gòu)1
散熱結(jié)構(gòu)：齒高是13mm;齒厚為1mm；間隙為2mm;
SWSIMULATION分析結(jié)果：最高處溫度122℃。
ANSYS分析結(jié)果：130.5℃。
結(jié)構(gòu)2
散熱結(jié)構(gòu)：散熱齒上面中間挖槽。挖了10條寬8mm深4.5mm的槽。
SWSIMULATION分析結(jié)果：最高處溫度137℃(溫度上升了15℃）。
結(jié)構(gòu)3
散熱結(jié)構(gòu)：散熱齒整體降低4.5mm，散熱齒高度8.5mm。
SWSIMULATION分析結(jié)果：最高處溫度160℃(溫度上升了38℃）。
最終得出結(jié)果：結(jié)構(gòu)1散熱齒高度最高不挖槽的散熱結(jié)構(gòu)散熱的效果最好。
展開(kāi) 
基于MARC的鑄鐵散熱片熱機(jī)耦合分析
下面介紹用帶有較強(qiáng)熱分析功能的有限元分析軟件MARC對(duì)鑄鐵機(jī)殼進(jìn)行散熱分析的方法。
在研究電機(jī)散熱問(wèn)題時(shí)，我們關(guān)心的是電機(jī)在達(dá)到熱穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)的溫度。從圖1的曲線(xiàn)我們可以看出，當(dāng)電機(jī)達(dá)到穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)電機(jī)產(chǎn)生的熱量最大，散發(fā)于周?chē)橘|(zhì)的熱量最多。在分析鑄鐵機(jī)殼散熱片溫度分布問(wèn)題時(shí)，我們?nèi)?em>電機(jī)達(dá)到熱穩(wěn)定時(shí)散熱片上的溫度分布情況即可，此時(shí)通過(guò)散熱片的熱流最多，散熱片的散熱作用發(fā)揮到最大。
MARC穩(wěn)態(tài)傳熱問(wèn)題要求分析的系統(tǒng)靜熱流率為零，即流入系統(tǒng)的熱量加上系統(tǒng)自身產(chǎn)生的熱量等于系統(tǒng)流出的熱量。在穩(wěn)態(tài)熱分析過(guò)程中，系統(tǒng)中任一節(jié)點(diǎn)溫度不隨時(shí)間變化，其能量平衡方程為
{K}{T}={Q}
式中，{K}為傳導(dǎo)矩陣，包含傳熱系數(shù)、對(duì)流系數(shù)及輻射率和形狀函數(shù)；{T}為節(jié)點(diǎn)溫度向量，包含熱生成的過(guò)程。
電機(jī)穩(wěn)定狀態(tài)時(shí)溫度場(chǎng)不隨時(shí)間變化，滿(mǎn)足穩(wěn)態(tài)熱分析能量平衡方程，符合MARC穩(wěn)態(tài)傳熱問(wèn)題的要求，因此從理論上來(lái)說(shuō)可以用穩(wěn)態(tài)傳熱分析進(jìn)行求解。
2 有限元分析
2.1 建立模型
分析采用如圖2所示的帶有軸向散熱片的電機(jī)機(jī)殼，該類(lèi)型在工程實(shí)際中被廣泛采用。該類(lèi)型電機(jī)一般通過(guò)熱傳遞將定子鐵心的熱量傳遞給機(jī)殼和散熱片，再通過(guò)機(jī)殼和散熱片與空氣之間的對(duì)流散熱將熱量傳導(dǎo)給周?chē)目諝庵小? 在實(shí)際設(shè)計(jì)計(jì)算中，由于各片散熱片都存在著大都相同的工作情況，因此我們?nèi)∫粋€(gè)散熱片在MARC中進(jìn)行建模分析。所建模型如圖3。
2.2 劃分網(wǎng)格
利用MARC里的QUAD網(wǎng)格劃分方式對(duì)模型進(jìn)行處理，將其劃分為四節(jié)點(diǎn)網(wǎng)格單元。如圖4。
展開(kāi) 五級(jí)簡(jiǎn)化，助你快速搞定電機(jī)CFD散熱
張楊
北京安世亞太公司
電機(jī)在運(yùn)行時(shí)將產(chǎn)生各種損耗，這些損耗轉(zhuǎn)變成熱量，使電機(jī)各部件發(fā)熱，溫度升高。電機(jī)中的某些部件，特別是電機(jī)的絕緣，只能在一定的溫度限值內(nèi)才能可靠工作。為維持電機(jī)的合理壽命，需要采取適當(dāng)?shù)拇胧?em>電機(jī)中的熱量散發(fā)出去，使其在允許的溫度限值內(nèi)運(yùn)行。
圖1 常見(jiàn)的液冷電機(jī)與CFD散熱仿真
通常，在電機(jī)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，采用CFD方法進(jìn)行建模和仿真，可以快速計(jì)算得到電機(jī)散熱情況和整體的溫度分布，從而為我們的電機(jī)設(shè)計(jì)提供重要的數(shù)據(jù)支撐。不過(guò)，由于電機(jī)內(nèi)部部件較多，各部分的發(fā)熱與散熱情況復(fù)雜，因此想要進(jìn)行高效又準(zhǔn)確的CFD模擬，必須要對(duì)電機(jī)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化才能達(dá)到目的。
當(dāng)然，對(duì)計(jì)算模型的簡(jiǎn)化，必然會(huì)帶來(lái)計(jì)算精度的損失，這一點(diǎn)是毋庸置疑的。如何權(quán)衡計(jì)算效率與結(jié)果誤差之間的關(guān)系，很大程度上取決于工程師的選擇，本文嘗試通過(guò)對(duì)通用的電機(jī)模型的簡(jiǎn)化方法進(jìn)行整理，從而提供一些方法供大家參考與選取。
既然提到簡(jiǎn)化，就不得不簡(jiǎn)單說(shuō)一下電機(jī)CFD計(jì)算量巨大的根源。由于電機(jī)是高速旋轉(zhuǎn)的設(shè)備，而且轉(zhuǎn)子與定子之間還存在有非常狹窄的氣隙，對(duì)于這一區(qū)域，我們必須要保證相當(dāng)數(shù)量的網(wǎng)格來(lái)維持計(jì)算精度。正是因?yàn)榭紤]了這一細(xì)長(zhǎng)的區(qū)域，導(dǎo)致電機(jī)的網(wǎng)格數(shù)量都是非常巨大的；同時(shí)，這些細(xì)小的特征還是無(wú)法被簡(jiǎn)化的。
展開(kāi) 五級(jí)簡(jiǎn)化，助你快速搞定電機(jī)CFD散熱
圖1 常見(jiàn)的液冷電機(jī)與CFD散熱仿真
通常，在電機(jī)設(shè)計(jì)的過(guò)程中，采用CFD方法進(jìn)行建模和仿真，可以快速計(jì)算得到電機(jī)散熱情況和整體的溫度分布，從而為我們的電機(jī)設(shè)計(jì)提供重要的數(shù)據(jù)支撐。不過(guò)，由于電機(jī)內(nèi)部部件較多，各部分的發(fā)熱與散熱情況復(fù)雜，因此想要進(jìn)行高效又準(zhǔn)確的CFD模擬，必須要對(duì)電機(jī)模型進(jìn)行簡(jiǎn)化才能達(dá)到目的。
當(dāng)然，對(duì)計(jì)算模型的簡(jiǎn)化，必然會(huì)帶來(lái)計(jì)算精度的損失，這一點(diǎn)是毋庸置疑的。如何權(quán)衡計(jì)算效率與結(jié)果誤差之間的關(guān)系，很大程度上取決于工程師的選擇，本文嘗試通過(guò)對(duì)通用的電機(jī)模型的簡(jiǎn)化方法進(jìn)行整理，從而提供一些方法供大家參考與選取。
既然提到簡(jiǎn)化，就不得不簡(jiǎn)單說(shuō)一下電機(jī)CFD計(jì)算量巨大的根源。由于電機(jī)是高速旋轉(zhuǎn)的設(shè)備，而且轉(zhuǎn)子與定子之間還存在有非常狹窄的氣隙，對(duì)于這一區(qū)域，我們必須要保證相當(dāng)數(shù)量的網(wǎng)格來(lái)維持計(jì)算精度。正是因?yàn)榭紤]了這一細(xì)長(zhǎng)的區(qū)域，導(dǎo)致電機(jī)的網(wǎng)格數(shù)量都是非常巨大的；同時(shí)，這些細(xì)小的特征還是無(wú)法被簡(jiǎn)化的。因此，我們盡量從其他的方面對(duì)電機(jī)的模型進(jìn)行簡(jiǎn)化，從而在某種程度上來(lái)降低計(jì)算規(guī)模。
圖2 狹長(zhǎng)的氣隙是導(dǎo)致電機(jī)CFD計(jì)算規(guī)模巨大的“罪魁禍?zhǔn)住?如下圖所示，是我們常見(jiàn)的電機(jī)設(shè)計(jì)CAD模型，不管我們采用RMPRT還是MotorCAD工具，都可以快速建立相對(duì)符合真實(shí)情況的三維模型。當(dāng)然，CFD仿真通常是不會(huì)直接使用這一模型的，必須要進(jìn)行一定量的簡(jiǎn)化。
圖3 常見(jiàn)的電機(jī)設(shè)計(jì)CAD三維模型與簡(jiǎn)化后的電機(jī)模型
一級(jí)簡(jiǎn)化，繞組端部模型
這一部分的CAD通常都是首先被簡(jiǎn)化的區(qū)域，由于繞組在兩端的形狀相對(duì)比較復(fù)雜，因此直接劃分這一部分的網(wǎng)格會(huì)導(dǎo)致網(wǎng)格數(shù)量巨大。
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