電機流體熱分析的案例
Simcenter Amesim電機仿真：電機熱分析應用
端蓋內部空間的換熱對溫升會產生重要影響，因此不可忽略。端蓋內部空間和電機的旋轉以及固定部件都有熱交換，尤其是端部繞組。對于轉子端面而言，空氣與轉子的相對速度以半徑1/2處的對應速度為基準進行計算；對于定子端面而言，由于空氣會被轉子帶動，這里以轉子外緣處的空氣流速為基準，進行適當修正后用于計算。修正系數的取值取決于轉子端面的外形，如有無溝槽等，以及端部繞組的幾何設計。因此如果需要得到精確的修正系數，推薦采用CFD軟件對特定端部外形進行詳細分析。
圖4 端部對流換熱模型
該電機的冷卻回路由殼體內的三條冷卻水道構成，因此殼體的在熱模型上以冷卻水道為界被劃分為內部殼體和外部殼體。內部殼體與定子軛存在熱交換，外部殼體與空氣存在熱交換，同時兩者都與端蓋存在熱交換。結構上，三條水道為串聯關系，因此在建立熱模型時將它們用一個換熱模塊表示，該模塊參數包含了三條水道的總長度。
圖5 電機水道實物圖（左）及其模型（右）
3. 仿真計算
通過建立電機的等效熱路模型，根據使用工況可以計算出所有關鍵部位（18個熱節點）的溫度變化過程。從而幫助設計人員掌握關鍵部位可能出現的溫度極值，進而一方面為確定使用過程中的最大許用邊界提供參考依據，另一方面為電機的設計改進提供參考基準。
圖6 電機各部位的溫度變換過程
圖7 電機各部位的溫度極值
在Simcenter Amesim中的控件面板上，設計人員可以對照熱路原理圖查看任何時刻電機內部的溫度分布情況，如下圖所示。
展開 新能源汽車動力電池熱管理熱流體仿真案列分析
對于熱仿真：模型中的線束、掛耳、螺絲螺套、銅排、bms管理部件等對熱管理系統影響較小，可舍棄；對于熱管理系統影響較大的零件幾何特征可以適當簡化，如倒角結構、結構對齊等。
簡化完成后，檢查整個模型是否有干涉和其他問題，如有問題，可用ANSYS-SCDM軟件對其進行修復，如無問題，可利用SCDM對模型進行流體域的抽取。
二、 熱管理設計
為了使動力電池保持在合理的溫度范圍內工作，電池包必須擁有科學和高效的熱管理系統。主要如下幾項主要功能：
(1)電池溫度的準確測量和監控；
(2)電池組溫度過高時的有效散熱和通風；
(3)低溫條件下的快速加熱，使電池組能夠正常工作；
(4)保證電池組溫度場的均勻分布。
電池熱管理系統設計的主要目標是：在考慮空間布置、設計成本、輕量化等條件下，通過加熱或冷卻控制，保證電池系統工作在相對適宜的工作溫度，同時減小單體間溫度，保證一致性。熱管理系統設計結構圖如下：
圖5 熱管理系統設計結構圖
三、 仿真分析
鋰電池Pack設計中往往會借助熱流體仿真分析來輔助工程師完成pack熱管理系統設計，在熱管理系統設計階段，可對Pack、模組或電池進行熱場仿真分析，根據仿真結果快速地選擇出冷卻、加熱和保溫方式；在冷卻子系統設計階段，可以對Pack、模組或電池（帶冷卻子系統）進行熱場和流場仿真分析，根據仿真結果確定冷卻通道設計、冷卻介質、冷卻入口溫度和流量以及風扇或泵的參數等。
借助熱流體仿真分析工具，大部分的Pack熱管理設計工作和部分測試工作都可以在電腦上完成。大量的設計、制造、測試工作可以被省略，Pack設計的成本也會大幅度下降。下面基于案例的方式，介紹一下動力電池熱管理仿真分析的基本流程和技巧。
展開 新能源電動汽車水冷電機散熱理論熱設計與熱仿真管理分析
此外,更高的熱電阻測量電動機的電氣連接邊(側1)。熱電阻較高的電氣連接電機(側1)與電機的幾何形狀(例如,運動不是完全對稱的),也由于電氣連接的熱量補充道。
圖5 CFD生成的圖表顯示了冷卻劑速度
圖6 CFD生成的冷卻劑通道溫度。
采用計算流體力學(CFD)和有限元分析(FEA)對系統的熱性能進行了建模。采用CFD方法對冷卻通道內的WEG流動進行了數值模擬。CFD生成的WEG速度和冷卻劑通道溫度如圖5和圖6所示。通過CFD分析得到了不同流量下的平均傳熱系數，并將其作為有限元模型的邊界條件，如圖7所示。模型采用表1所示的電機部件特性和表2所示的接觸熱阻。在EDT電機熱管理研發項目下進行了部件性能(不含鋁)和界面接觸電阻的測試工作。表2中提供的熱接觸電阻是初步估計。目前正在進行進一步驗證這些熱接觸電阻值的工作。
表1導熱系數值用于日產聆風電機定子的熱模型
表2熱阻值用于日產聆風電機定子熱模型
表3平均傳熱系數值
CFD和FEA預測的繞組和定子熱阻值如圖4所示。CFD估算的平均濕表面傳熱系數值如表3所示。
展開 【AICFD案例教程】電機換熱分析
一、概 要
1）案例描述
本案例針對的是某類電機，該電機由發熱體，流體管路，流體管路蓋板組成，分析該電機在入口質量流量為0.139kg/s時進行換熱的數值模擬。具體結果可查看后處理云圖。
2）網格
整體網格為四面體網格單元為主的非結構網格，網格數量380萬。
圖1-1 網格模型
3）計算條件
入口邊界：質量流量0.139kg/s；溫度：65℃；
出口邊界：
靜壓0Pa；
湍流模型：
Standard k-epsilon；
介質：
流體LLC_65deg。
展開 
高功率密度電機的熱仿真分析
電機是由定轉子、機殼、端蓋等組成的復雜機械裝配體，考慮到機械尺寸較小的零部件對電機溫度影響較小，在進行熱仿真分析時對其進行簡化與忽略，以提高仿真分析的效率。本仿真對電機仿真模型進行了簡化處理：忽略螺釘、墊片等零件；忽略倒角、退刀槽等；忽略輻射的影響；對定子繞組與沖片進行了等效處理，將其等效為均質材料。
通過電機電磁計算，該型號高空飛行器驅動電機在額定功率運行時發熱量為1 600 W，為簡化模型，本仿真直接將定子齒設定為發熱源，并定義發熱量為1 600 W，對電機進行熱仿真分析。
2 三維熱場仿真
針對高空環境下電機周圍實際的氣壓、溫度、風速等環境因素，項目組聯合北京航空航天大學特種電機研究中心進行電機實際運行環境的仿真分析，根據對方給出數據，項目組選擇6組相對有代表性的環境因素對該電機進行熱分析計算，6種環境工況如表1所示。
表1 電機熱仿真六種工況
通過軟件對電機模型進行簡化、分解等系列處理，著重分析電機定子鐵心、前端蓋、以及后端蓋溫度，得出計算結果如下。
1)電機在地面運行時的分析結果
對不帶散熱器的電機與帶散熱器的電機2種情況進行熱仿真分析。對幾組不同散熱筋尺寸的電機進行仿真，結合電機質量與體積的要求，確定散熱筋的尺寸結構。
(a) 不帶散熱器的電機仿真結果
不帶散熱器的電機仿真結果如圖2所示。
圖2 不帶散熱器的電機溫度分布曲線與云圖
(b) 帶散熱器的電機仿真結果
由圖2熱仿真結果可以看出，不帶散熱器的電機散熱效果差，定子溫度達到了200 ℃以上。電機設計時磁鋼、漆包線、絕緣材料等均按最高運行在150 ℃設計，該電機無法滿足散熱要求，因此需要通過熱仿真設計一款合理的散熱器。
展開 ANSYS流體與熱分析11.0
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ANSYS流體與熱分析11.0 第1章 FLOTRAN流體分析（word版本）.pdf
ANSYS流體與熱分析11.0 第2章 FLOTRAN分析基礎（word版本）.pdf
ANSYS流體與熱分析11.0 第3章 FLOTRAN流體分析及實例（word版本）.part1.rar
ANSYS流體與熱分析11.0 第3章 FLOTRAN流體分析及實例（word版本）.part2.rar
ANSYS流體與熱分析11.0 第4章 FLOTRAN流體分析典型工程實例（word版本）(20131106095325).pdf
ANSYS流體與熱分析11.0 第5章 熱分析基礎（word版本）.pdf
ANSYS流體與熱分析11.0 第6章 穩態熱分析及實例詳解（word版本）.pdf
ANSYS流體與熱分析11.0 第7章 非穩態熱分析及實例詳解（word版本）.pdf
ANSYS流體與熱分析11.0 第8章 輻射熱分析及實例詳解（word版本）.pdf
ANSYS流體與熱分析11.0 第9章 相變分析（word版本）.pdf
展開 高功率密度電機的熱仿真分析
電機是由定轉子、機殼、端蓋等組成的復雜機械裝配體，考慮到機械尺寸較小的零部件對電機溫度影響較小，在進行熱仿真分析時對其進行簡化與忽略，以提高仿真分析的效率。本仿真對電機仿真模型進行了簡化處理：忽略螺釘、墊片等零件；忽略倒角、退刀槽等；忽略輻射的影響；對定子繞組與沖片進行了等效處理，將其等效為均質材料。
通過電機電磁計算，該型號高空飛行器驅動電機在額定功率運行時發熱量為1 600 W，為簡化模型，本仿真直接將定子齒設定為發熱源，并定義發熱量為1 600 W，對電機進行熱仿真分析。
2 三維熱場仿真
針對高空環境下電機周圍實際的氣壓、溫度、風速等環境因素，項目組聯合北京航空航天大學特種電機研究中心進行電機實際運行環境的仿真分析，根據對方給出數據，項目組選擇6組相對有代表性的環境因素對該電機進行熱分析計算，6種環境工況如表1所示。
表1 電機熱仿真六種工況
通過軟件對電機模型進行簡化、分解等系列處理，著重分析電機定子鐵心、前端蓋、以及后端蓋溫度，得出計算結果如下。
1)電機在地面運行時的分析結果
對不帶散熱器的電機與帶散熱器的電機2種情況進行熱仿真分析。對幾組不同散熱筋尺寸的電機進行仿真，結合電機質量與體積的要求，確定散熱筋的尺寸結構。
(a) 不帶散熱器的電機仿真結果
不帶散熱器的電機仿真結果如圖2所示。
圖2 不帶散熱器的電機溫度分布曲線與云圖
(b) 帶散熱器的電機仿真結果
由圖2熱仿真結果可以看出，不帶散熱器的電機散熱效果差，定子溫度達到了200 ℃以上。電機設計時磁鋼、漆包線、絕緣材料等均按最高運行在150 ℃設計，該電機無法滿足散熱要求，因此需要通過熱仿真設計一款合理的散熱器。
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電機是由定轉子、機殼、端蓋等組成的復雜機械裝配體，考慮到機械尺寸較小的零部件對電機溫度影響較小，在進行熱仿真分析時對其進行簡化與忽略，以提高仿真分析的效率。本仿真對電機仿真模型進行了簡化處理：忽略螺釘、墊片等零件；忽略倒角、退刀槽等；忽略輻射的影響；對定子繞組與沖片進行了等效處理，將其等效為均質材料。
通過電機電磁計算，該型號高空飛行器驅動電機在額定功率運行時發熱量為1 600 W，為簡化模型，本仿真直接將定子齒設定為發熱源，并定義發熱量為1 600 W，對電機進行熱仿真分析。
2 三維熱場仿真
針對高空環境下電機周圍實際的氣壓、溫度、風速等環境因素，項目組聯合北京航空航天大學特種電機研究中心進行電機實際運行環境的仿真分析，根據對方給出數據，項目組選擇6組相對有代表性的環境因素對該電機進行熱分析計算，6種環境工況如表1所示。
表1 電機熱仿真六種工況
通過軟件對電機模型進行簡化、分解等系列處理，著重分析電機定子鐵心、前端蓋、以及后端蓋溫度，得出計算結果如下。
1)電機在地面運行時的分析結果
對不帶散熱器的電機與帶散熱器的電機2種情況進行熱仿真分析。對幾組不同散熱筋尺寸的電機進行仿真，結合電機質量與體積的要求，確定散熱筋的尺寸結構。
(a) 不帶散熱器的電機仿真結果
不帶散熱器的電機仿真結果如圖2所示。
圖2 不帶散熱器的電機溫度分布曲線與云圖
(b) 帶散熱器的電機仿真結果
由圖2熱仿真結果可以看出，不帶散熱器的電機散熱效果差，定子溫度達到了200 ℃以上。電機設計時磁鋼、漆包線、絕緣材料等均按最高運行在150 ℃設計，該電機無法滿足散熱要求，因此需要通過熱仿真設計一款合理的散熱器。
展開 ★☆♂熱分析----關于流體的對流系數的確定！
★☆♂熱分析----關于流體的對流系數的確定！
風
水
油
霧
他們的對流系數怎么確定？
歡迎大家提出好的方法
電機殼體冷卻結構設計及熱仿真分析
電機散熱邊界條件為：冷卻介質流量8L/min，電機入水口水溫70℃，電機初始溫度和環境溫度均為70℃，外部對流換熱系數為8W/(m2·K)。在此條件下，對額定工況點26.7kW@10000RPM@26N.m和峰值工況點55kW@3600RPM@147N.m@30S的電機散熱情況進行熱仿真分析。
額定工況下熱仿真分析
在額定工況點26.7kW@10000RPM@26N.m下，對永磁同步電機裸銅線、定子鐵芯、轉子鐵芯和機殼四個關鍵結構件的溫度場進行分析，其結果如圖3所示。分析發現，電機裸銅線、定子鐵芯、轉子鐵芯和機殼四個關鍵結構部分中，電機裸銅線溫度最高，其最高溫度為138.2℃，所處位置為電機繞組端部。
展開 增程式電機控制器高效熱分析與研究
但是，增程式電機直接與發動機曲軸集成連接，發動機本身產生的高溫也會傳遞給電機系統，使其工作環境非常惡劣，嚴重時甚至導致電機控制器溫升過高損壞或者故障，因此開發增程式電機系統的關鍵便是有效的熱管理設計。
本文正是針對一款增程式電機控制器的散熱需求，設計了增程式電機控制器及其高效的雙面水冷散熱器，并介紹了該增程控制器整體結構和其散熱器冷卻結構。
為了進一步研究其散熱器冷卻效果，分別對該增程式電機控制器的功率模塊和薄膜電容進行了熱仿真研究和臺架溫升測試，通過對比分析可知，本文的增程式電機控制器散熱器冷卻結構具有良好的散熱效果，能夠滿足在發動機周圍長時間工作的需求，對于同類型增程式控制器的結構設計具有一定的參考價值和借鑒意義。
1總體設計
1.1控制器結構設計
圖1(a)為本文設計的增程式二合一發電機系統結構，電機控制器位于電機右上方，電機由定子和轉子組成，電機機殼法蘭面與發動機外殼法蘭安裝面連接固定，電機轉子通過轉子輪轂與發動機曲軸法蘭盤連接，實現整個增程式電驅動系統與發動機的集成。
圖1(b)為本文設計的增程式電機控制器。增程式電機控制器采用平板式IGBT模塊(GD400HTX75P7S)，薄膜電容規格設計為500V/250μF(C362H257N0026A8)，其中，薄膜電容固定在箱體底部，散熱器位于薄膜電容上方，與箱體內部進出水口相連接。
功率IGBT模塊通過螺栓安裝在散熱器上表面，磁環濾波組件、三相輸出組件分別安裝箱體底部的兩端，并且磁環濾波組件與薄膜電容輸入銅排電氣連接，三相輸出組件通過轉接銅排與功率IGBT模塊的輸出端子電氣連接。
展開 
【12月4-5日 上海】ANSYS官方培訓—電機多場耦合仿真（電磁、流體、振動、噪聲耦合分析）
電機多場耦合仿真（電磁、流體、振動、噪聲耦合分析）
培訓背景
電機，特別是現代高效能電機和新型永磁電機，作為工業領域最為重要的電能轉換設備，其直接/間接用電量占到了工業領域總用電量的近75%，如何在電機方案設計前期有效提升產品的效率？如何在保證效率的同時綜合提升電機的散熱性能指標？如何優化電機振動和噪音？如何盡可能的壓縮產品開發周期、降低產品的開發成本？上述問題嚴重制約著電機研發、設計企業和研究院所的長期穩定發展，以及產品的核心競爭力提升。
為了推進中國電機設計企業和院所的產品設計能力提升、解決電機設計工程師在實際設計中面臨的工程問題；同時，也為了讓廣大電機設計工程師更好的使用軟件，普及ANSYS電機多物理場耦合分析高級功能， ANSYS公司（原廠）特定于12月4日在上海開辦 “電機多場耦合仿真（電磁、流體、振動、噪聲耦合分析）”專題班，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題，并將上述軟件的各項功能靈活高效地應用于仿真中，解決目前一些研究熱點中的仿真難題，提升高效電機產品研制和設計效率。
培訓合格者發放ANSYS技術培訓認證證書。
展開 線上培訓 | Cradle CFD 熱流體仿真分析基礎培訓（2天）
5 日程及安排
第 一 天
時間
課程大綱
上午
CFD基礎介紹
scSTREAM軟件介紹
?了解scSTREAM的功能及一些典型的工程應用
下午
Workshop 1 立方體擾流分析
?熟悉scSTREAM GUI，了解scSTREAM的建模、計算及結果后處理方法
Workshop 2 電子機箱強制對流換熱仿真分析
?電子熱分析，包含風機模型、考慮輻射、翅片模型
第 二 天
時間
課程大綱
上午
Workshop 3 電子機箱強制對流
?強制對流分析
?添加輻射
?流動和換熱分開計算
--周期性加熱
下午
Workshop 4 手機的自然對流換熱
?自然對流分析
?采用多重網格進行分析
?HeatpathView熱路徑瓶頸診斷工具
(日程安排僅供參考，如稍有變動請以當天實際情況為準)
6 擴展資料
點擊領取資料：https://www.yqgqt.org.cn/software/45
展開 永磁電機電磁（Maxwell）、熱（Fluent）耦合分析流
永磁電機電磁（Maxwell）、熱（Fluent）耦合分析流
FLOW-3D 在噴墨工藝的熱傳/流體分析上的應用
Delametter , KODAK
報告重點
1） 噴墨制程之模擬分析概論
2） 薄膜結構與相鄰流體之間的熱分析細節設定
3）均勻熱氣泡模型的詳細結果說明
4） 噴嘴設計的驗證（包含了 chamber structure, reservoir, 以及 nozzle)
5）液滴生成模擬
6） 結論
一 噴墨制程的模擬分析
1.研究分析軟件采用 FLOW-3D 商業版本。
2.分析時采用簡化的軸對稱流體模型仿真典型的熱氣泡噴墨制程機構
3.在 0~1μs 之間，施加能量于位在流體下方的薄膜堆棧電阻加熱機構。
4.大約在 1 μs 時，與加熱機構相鄰的流體達到過熱溫度限制，并且開始形成氣泡。
5.氣泡迅速膨脹，驅動流體通過相鄰的孔洞，噴出液滴。
6.氣泡繼續擴大，當薄膜層不足以支撐氣泡形成時，氣泡就會破裂。
Fig1. 噴墨過程的模擬 (FLOW-3D)
二 . 薄膜結構與相鄰流體之間的熱分析細節設定
三 . 均勻熱氣泡模型的特征
? 當氣泡開始形成時，流固界面溫度達到預定的過熱溫度限制 。
? 假設氣泡為均勻的，并且為理想氣體 (equation-of-state) ，可由 Clapeyron 方程式描述的相變化飽和壓力 加以說明。通過流體 / 蒸汽邊界的質量流率可由動量定律求解而得。
四 . 實驗驗證
Fig3. Open Pool 實驗（ 2003 年完成 , 感謝 Dr. David Trauernicht 提供此實驗照片 ）
Fig4.
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