تجزیه و تحلیل مدیریت حرارتی موتورهای القایی با ترکیب یک سیستم خنک کننده هوا و یک سیستم خنک کننده آب یکپارچه

از بازدید شما از Nature.com سپاسگزاریم.شما از یک نسخه مرورگر با پشتیبانی محدود CSS استفاده می کنید.برای بهترین تجربه، توصیه می کنیم از یک مرورگر به روز شده استفاده کنید (یا حالت سازگاری را در اینترنت اکسپلورر غیرفعال کنید).در همین حال، برای اطمینان از پشتیبانی مداوم، سایت را بدون استایل و جاوا اسکریپت نشان می دهیم.
با توجه به هزینه های عملیاتی و طول عمر موتور، یک استراتژی مدیریت حرارتی مناسب موتور بسیار مهم است.این مقاله یک استراتژی مدیریت حرارتی برای موتورهای القایی ایجاد کرده است تا دوام بهتر و راندمان را بهبود بخشد.علاوه بر این، بررسی گسترده ای از ادبیات روش های خنک کننده موتور انجام شد.به عنوان نتیجه اصلی، با در نظر گرفتن مشکل شناخته شده توزیع گرما، یک محاسبه حرارتی موتور ناهمزمان با هوا خنک شده با توان بالا ارائه می شود.علاوه بر این، این مطالعه یک رویکرد یکپارچه با دو یا چند استراتژی خنک‌کننده برای رفع نیازهای فعلی پیشنهاد می‌کند.یک مطالعه عددی یک مدل از یک موتور ناهمزمان با هوا خنک 100 کیلووات و یک مدل مدیریت حرارتی بهبود یافته از همان موتور، که در آن افزایش قابل توجهی در راندمان موتور از طریق ترکیبی از خنک‌کننده هوا و یک سیستم خنک‌کننده آب یکپارچه حاصل می‌شود، انجام شده است. انجام شد.یک سیستم یکپارچه هوا خنک و آب خنک با استفاده از نسخه های SolidWorks 2017 و ANSYS Fluent 2021 مورد مطالعه قرار گرفت.سه جریان آب مختلف (5 لیتر در دقیقه، 10 لیتر در دقیقه و 15 لیتر در دقیقه) در برابر موتورهای القایی معمولی با هوا خنک مورد تجزیه و تحلیل قرار گرفت و با استفاده از منابع منتشر شده موجود تأیید شد.تجزیه و تحلیل نشان می دهد که برای دبی های مختلف (به ترتیب 5 لیتر در دقیقه، 10 لیتر در دقیقه و 15 لیتر در دقیقه) کاهش دمای مربوطه 2.94٪، 4.79٪ و 7.69٪ را به دست آوردیم.بنابراین، نتایج نشان می دهد که موتور القایی تعبیه شده می تواند به طور موثر دما را در مقایسه با موتور القایی هوا خنک کاهش دهد.
موتور الکتریکی یکی از اختراعات کلیدی علم مهندسی مدرن است.موتورهای الکتریکی در همه چیز از لوازم خانگی گرفته تا وسایل نقلیه، از جمله صنایع خودروسازی و هوافضا استفاده می شوند.در سال های اخیر، محبوبیت موتورهای القایی (AM) به دلیل گشتاور راه اندازی بالا، کنترل سرعت خوب و ظرفیت اضافه بار متوسط ​​افزایش یافته است (شکل 1).موتورهای القایی نه تنها باعث درخشش لامپ‌های شما می‌شوند، بلکه انرژی بسیاری از ابزارهای خانه شما، از مسواک گرفته تا تسلا، را تامین می‌کنند.انرژی مکانیکی در IM از تماس میدان مغناطیسی سیم پیچ استاتور و روتور ایجاد می شود.علاوه بر این، IM به دلیل عرضه محدود فلزات خاکی کمیاب، گزینه ای مناسب است.با این حال، عیب اصلی AD این است که طول عمر و کارایی آنها به دما بسیار حساس است.موتورهای القایی حدود 40 درصد از برق جهان را مصرف می کنند که باید ما را به این فکر کند که مدیریت مصرف برق این ماشین ها حیاتی است.
معادله آرنیوس بیان می کند که به ازای هر 10 درجه سانتی گراد افزایش دمای کار، عمر کل موتور به نصف کاهش می یابد.بنابراین برای اطمینان از قابلیت اطمینان و افزایش بهره وری دستگاه، توجه به کنترل حرارتی فشار خون ضروری است.در گذشته، تحلیل حرارتی نادیده گرفته شده بود و طراحان موتور بر اساس تجربه طراحی یا سایر متغیرهای ابعادی مانند چگالی جریان سیم‌پیچ و غیره، مشکل را فقط در حاشیه در نظر می‌گرفتند. این رویکردها منجر به اعمال حاشیه‌های ایمنی بزرگ برای بدترین موارد می‌شود. شرایط گرمایش کیس، که منجر به افزایش اندازه دستگاه و در نتیجه افزایش هزینه می شود.
دو نوع آنالیز حرارتی وجود دارد: آنالیز مدارهای توده ای و روش های عددی.مزیت اصلی روش های تحلیلی، توانایی انجام محاسبات سریع و دقیق است.با این حال، تلاش قابل توجهی باید برای تعریف مدارهایی با دقت کافی برای شبیه سازی مسیرهای حرارتی انجام شود.از سوی دیگر، روش‌های عددی تقریباً به دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) و تحلیل حرارتی ساختاری (STA) تقسیم می‌شوند که هر دو از آنالیز اجزا محدود (FEA) استفاده می‌کنند.مزیت آنالیز عددی این است که به شما امکان می دهد هندسه دستگاه را مدل کنید.با این حال، تنظیم و محاسبات سیستم گاهی اوقات ممکن است دشوار باشد.مقالات علمی مورد بحث در زیر نمونه های منتخبی از آنالیز حرارتی و الکترومغناطیسی انواع موتورهای القایی مدرن هستند.این مقالات نویسندگان را بر آن داشت تا پدیده‌های حرارتی در موتورهای ناهمزمان و روش‌های خنک‌سازی آنها را مطالعه کنند.
Pil-Wan Han1 در آنالیز حرارتی و الکترومغناطیسی MI مشغول بود.برای تحلیل حرارتی از روش تحلیل مدار توده ای و برای تحلیل الکترومغناطیسی از روش المان محدود مغناطیسی متغیر با زمان استفاده می شود.به منظور ارائه مناسب حفاظت اضافه بار حرارتی در هر کاربرد صنعتی، دمای سیم پیچ استاتور باید به طور قابل اعتماد تخمین زده شود.احمد و همکاران 2 یک مدل شبکه حرارتی مرتبه بالاتر را بر اساس ملاحظات حرارتی و ترمودینامیکی عمیق پیشنهاد کردند.توسعه روش های مدل سازی حرارتی برای اهداف حفاظت حرارتی صنعتی از راه حل های تحلیلی و در نظر گرفتن پارامترهای حرارتی سود می برد.
Nair و همکاران 3 از تجزیه و تحلیل ترکیبی IM 39 کیلووات و آنالیز حرارتی عددی سه بعدی برای پیش بینی توزیع حرارتی در یک ماشین الکتریکی استفاده کردند.Ying و همکاران 4 IMهای کاملا محصور شده با فن خنک شونده (TEFC) را با تخمین دمای سه بعدی تجزیه و تحلیل کردند.مون و همکاران5 خواص جریان حرارتی IM TEFC را با استفاده از CFD مورد مطالعه قرار داد.مدل انتقال موتور LPTN توسط تاد و همکاران 6 ارائه شد.داده‌های دمای تجربی همراه با دماهای محاسبه‌شده به دست آمده از مدل LPTN پیشنهادی استفاده می‌شوند.پیتر و همکاران 7 از CFD برای مطالعه جریان هوا که بر رفتار حرارتی موتورهای الکتریکی تأثیر می گذارد، استفاده کردند.
کابرال و همکاران 8 یک مدل حرارتی IM ساده را پیشنهاد کردند که در آن دمای دستگاه با استفاده از معادله انتشار حرارت سیلندر به دست آمد.ناطق و همکاران 9 یک سیستم موتور کششی خود تهویه با استفاده از CFD را برای آزمایش دقت اجزای بهینه شده مورد مطالعه قرار دادند.بنابراین می توان از مطالعات عددی و تجربی برای شبیه سازی آنالیز حرارتی موتورهای القایی استفاده کرد.2.
Yinye و همکاران 10 طرحی را برای بهبود مدیریت حرارتی با بهره‌برداری از خواص حرارتی رایج مواد استاندارد و منابع متداول از بین رفتن قطعات ماشین پیشنهاد کردند.مارکو و همکاران 11 معیارهایی را برای طراحی سیستم های خنک کننده و روکش های آب برای اجزای ماشین با استفاده از مدل های CFD و LPTN ارائه کردند.Yaohui و همکاران 12 دستورالعمل های مختلفی را برای انتخاب روش خنک کننده مناسب و ارزیابی عملکرد در مراحل اولیه طراحی ارائه می دهند.نل و همکاران 13 پیشنهاد کردند که از مدل هایی برای شبیه سازی الکترومغناطیسی-حرارتی جفت شده برای محدوده معینی از مقادیر، سطح جزئیات و قدرت محاسباتی برای یک مسئله چندفیزیکی استفاده کنند.ژان و همکاران 14 و کیم و همکاران 15 توزیع دمای یک موتور القایی با هوا خنک را با استفاده از یک میدان FEM جفت شده سه بعدی مطالعه کردند.داده های ورودی را با استفاده از تحلیل میدان گردابی سه بعدی برای یافتن تلفات ژول و استفاده از آنها برای تحلیل حرارتی محاسبه کنید.
Michel et al.16 فن های خنک کننده سانتریفیوژ معمولی را با فن های محوری با طرح های مختلف از طریق شبیه سازی و آزمایش مقایسه کردند.یکی از این طرح ها با حفظ دمای کاری یکسان، به بهبودهای کوچک اما قابل توجهی در بازده موتور دست یافت.
لو و همکاران 17 از روش مدار مغناطیسی معادل در ترکیب با مدل Boglietti برای تخمین تلفات آهن در شفت موتور القایی استفاده کردند.نویسندگان فرض می کنند که توزیع چگالی شار مغناطیسی در هر مقطعی در داخل موتور اسپیندل یکنواخت است.آنها روش خود را با نتایج تحلیل اجزا محدود و مدل های تجربی مقایسه کردند.این روش می تواند برای تجزیه و تحلیل سریع MI استفاده شود، اما دقت آن محدود است.
18 روش های مختلفی را برای تجزیه و تحلیل میدان الکترومغناطیسی موتورهای القایی خطی ارائه می کند.در میان آنها، روش‌هایی برای تخمین تلفات توان در ریل‌های راکتیو و روش‌هایی برای پیش‌بینی افزایش دمای موتورهای القایی خطی کشش شرح داده شده‌اند.از این روش ها می توان برای بهبود راندمان تبدیل انرژی موتورهای القایی خطی استفاده کرد.
زبدور و همکاران19 عملکرد ژاکت های خنک کننده را با استفاده از روش عددی سه بعدی بررسی کرد.ژاکت خنک کننده از آب به عنوان منبع اصلی خنک کننده برای IM سه فاز استفاده می کند که برای قدرت و حداکثر دمای مورد نیاز برای پمپاژ مهم است.ریپل و همکاران20 نفر روش جدیدی را برای سیستم های خنک کننده مایع به نام خنک کننده چند لایه عرضی به ثبت رسانده اند که در آن مبرد به صورت عرضی در مناطق باریکی که توسط سوراخ هایی در لایه های مغناطیسی یکدیگر تشکیل شده اند، جریان می یابد.دریس زاده و همکاران21 به طور تجربی خنک سازی موتورهای کششی در صنعت خودرو را با استفاده از مخلوطی از اتیلن گلیکول و آب بررسی کرد.ارزیابی عملکرد مخلوط های مختلف با CFD و آنالیز سیال آشفته سه بعدی.یک مطالعه شبیه سازی توسط Boopathi و همکاران 22 نشان داد که محدوده دما برای موتورهای آب خنک (17-124 درجه سانتیگراد) به طور قابل توجهی کوچکتر از موتورهای هوا خنک (104-250 درجه سانتیگراد) است.حداکثر دمای موتور آب خنک کننده آلومینیومی 50.4 درصد کاهش می یابد و حداکثر دمای موتور آب خنک کننده PA6GF30 48.4 درصد کاهش می یابد.بزوکوف و همکاران 23 اثر تشکیل رسوب را بر روی هدایت حرارتی دیواره موتور با سیستم خنک کننده مایع ارزیابی کردند.مطالعات نشان داده است که یک فیلم اکسیدی با ضخامت 1.5 میلی متر انتقال حرارت را تا 30 درصد کاهش می دهد، مصرف سوخت را افزایش می دهد و قدرت موتور را کاهش می دهد.
Tanguy و همکاران 24 آزمایش‌هایی را با نرخ‌های جریان، دمای روغن، سرعت‌های چرخشی و حالت‌های تزریق برای موتورهای الکتریکی با استفاده از روغن روان‌کننده به عنوان خنک‌کننده انجام دادند.یک رابطه قوی بین سرعت جریان و بازده کلی خنک کننده ایجاد شده است.Ha و همکاران 25 استفاده از نازل های قطره ای را به عنوان نازل برای توزیع یکنواخت لایه روغن و به حداکثر رساندن راندمان خنک کننده موتور پیشنهاد کردند.
Nandi و همکاران 26 اثر لوله های حرارتی مسطح L شکل را بر عملکرد موتور و مدیریت حرارتی تجزیه و تحلیل کردند.قسمت اواپراتور لوله حرارتی در محفظه موتور نصب می شود یا در شفت موتور دفن می شود و قسمت کندانسور با گردش مایع یا هوا نصب و خنک می شود.بلتر و همکاران27 یک سیستم خنک کننده جامد- مایع PCM را برای استاتور موتور گذرا مطالعه کرد.PCM سرهای سیم پیچ را آغشته می کند و با ذخیره انرژی گرمایی نهان، دمای نقطه داغ را کاهش می دهد.
بنابراین، عملکرد موتور و دما با استفاده از استراتژی‌های خنک‌کننده مختلف ارزیابی می‌شوند، به شکل.3. این مدارهای خنک کننده برای کنترل دمای سیم پیچ ها، صفحات، سر سیم پیچ ها، آهنرباها، لاشه و صفحات انتهایی طراحی شده اند.
سیستم های خنک کننده مایع به دلیل انتقال حرارت کارآمد خود شناخته شده اند.با این حال، پمپاژ مایع خنک کننده در اطراف موتور انرژی زیادی مصرف می کند که باعث کاهش توان خروجی موثر موتور می شود.از سوی دیگر، سیستم های خنک کننده هوا به دلیل هزینه کم و سهولت ارتقا، روشی پرکاربرد هستند.با این حال، هنوز کارایی کمتری نسبت به سیستم های خنک کننده مایع دارد.یک رویکرد یکپارچه مورد نیاز است که بتواند عملکرد انتقال حرارت بالای یک سیستم خنک‌کننده مایع را با هزینه کم یک سیستم خنک‌کننده با هوا بدون مصرف انرژی اضافی ترکیب کند.
این مقاله تلفات حرارتی در AD را فهرست و تحلیل می‌کند.مکانیسم این مشکل و همچنین گرمایش و سرمایش موتورهای القایی در قسمت Heat Loss in Induction Motors از طریق Cooling Strategies توضیح داده شده است.اتلاف حرارت هسته یک موتور القایی به گرما تبدیل می شود.بنابراین، در این مقاله مکانیسم انتقال حرارت در داخل موتور توسط رسانایی و جابجایی اجباری مورد بحث قرار می گیرد.مدل‌سازی حرارتی IM با استفاده از معادلات پیوستگی، معادلات ناویر استوکس/ممنتوم و معادلات انرژی گزارش شده است.محققان مطالعات حرارتی تحلیلی و عددی IM را برای تخمین دمای سیم‌پیچ‌های استاتور تنها با هدف کنترل رژیم حرارتی موتور الکتریکی انجام دادند.این مقاله بر تجزیه و تحلیل حرارتی IMهای هوا خنک و تحلیل حرارتی IMهای یکپارچه با هوا خنک و آب خنک با استفاده از مدل سازی CAD و شبیه سازی ANSYS Fluent تمرکز دارد.و مزایای حرارتی مدل بهبود یافته یکپارچه سیستم های خنک کننده با هوا و آب خنک به طور عمیق تجزیه و تحلیل شده است.همانطور که در بالا ذکر شد، اسناد ذکر شده در اینجا خلاصه ای از وضعیت هنر در زمینه پدیده های حرارتی و خنک کننده موتورهای القایی نیست، بلکه نشان دهنده مشکلات زیادی است که برای اطمینان از عملکرد قابل اعتماد موتورهای القایی باید حل شوند. .
اتلاف حرارت معمولاً به اتلاف مس، اتلاف آهن و اتلاف اصطکاک/مکانیکی تقسیم می شود.
تلفات مس حاصل گرمایش ژول به دلیل مقاومت هادی است و می توان آن را به صورت 10.28 تعیین کرد:
که در آن q̇g گرمای تولید شده است، I و Ve به ترتیب جریان و ولتاژ نامی و Re مقاومت مس است.
از دست دادن آهن، همچنین به عنوان از دست دادن انگلی شناخته می شود، دومین نوع اصلی از دست دادن است که باعث پسماند و تلفات جریان گردابی در AM می شود، که عمدتاً ناشی از میدان مغناطیسی متغیر با زمان است.آنها با معادله گسترش یافته اشتاینمتز، که ضرایب آن را می توان بسته به شرایط عملیاتی 10،28،29 ثابت یا متغیر در نظر گرفت، کمی سازی می شود.
که در آن Khn ضریب تلفات پسماند حاصل از نمودار تلفات هسته است، Ken ضریب تلفات جریان گردابی، N شاخص هارمونیک، Bn و f به ترتیب چگالی شار اوج و فرکانس تحریک غیر سینوسی هستند.معادله فوق را می توان به صورت زیر ساده تر کرد:
در میان آنها، K1 و K2 به ترتیب ضریب تلفات هسته و تلفات جریان گردابی (qec)، افت هیسترزیس (qh) و تلفات اضافی (qex) هستند.
تلفات بار باد و اصطکاک دو عامل اصلی تلفات مکانیکی در IM هستند.تلفات باد و اصطکاک 10،
در فرمول n سرعت چرخش، Kfb ضریب تلفات اصطکاک، D قطر بیرونی روتور، l طول روتور، G وزن روتور 10 است.
مکانیسم اصلی برای انتقال حرارت در موتور از طریق هدایت و گرمایش داخلی است، همانطور که توسط معادله پواسون 30 در این مثال اعمال شده است:
در حین کار، پس از یک نقطه زمانی مشخص که موتور به حالت پایدار می رسد، گرمای تولید شده را می توان با گرمایش ثابت شار حرارتی سطح تقریب زد.بنابراین می توان فرض کرد که هدایت داخل موتور با آزاد شدن حرارت داخلی انجام می شود.
انتقال گرما بین باله ها و جو اطراف، جابجایی اجباری در نظر گرفته می شود، زمانی که سیال توسط یک نیروی خارجی مجبور به حرکت در جهت خاصی می شود.همرفت را می توان به صورت 30 بیان کرد:
که در آن h ضریب انتقال حرارت (W/m2 K)، A مساحت سطح و ΔT اختلاف دما بین سطح انتقال حرارت و مبرد عمود بر سطح است.عدد ناسلت (Nu) اندازه گیری نسبت انتقال حرارت همرفتی و رسانا عمود بر مرز است و بر اساس ویژگی های جریان آرام و آشفته انتخاب می شود.طبق روش تجربی، عدد ناسلت جریان آشفته معمولاً با عدد رینولدز و عدد پراندتل همراه است که به صورت 30 بیان می‌شود:
که در آن h ضریب انتقال حرارت همرفتی (W/m2 K)، l طول مشخصه، λ رسانایی حرارتی سیال (W/m K) و عدد پراندتل (Pr) معیاری از نسبت است. ضریب انتشار مومنتوم به نفوذ حرارتی (یا سرعت و ضخامت نسبی لایه مرزی حرارتی)، که به صورت 30 تعریف می شود:
که در آن k و cp به ترتیب رسانایی حرارتی و ظرفیت گرمایی ویژه مایع هستند.به طور کلی هوا و آب رایج ترین خنک کننده برای موتورهای الکتریکی هستند.خواص مایع هوا و آب در دمای محیط در جدول 1 نشان داده شده است.
مدل‌سازی حرارتی IM بر اساس مفروضات زیر است: حالت پایدار سه بعدی، جریان متلاطم، هوا یک گاز ایده‌آل است، تابش ناچیز، سیال نیوتنی، سیال تراکم‌ناپذیر، شرایط بدون لغزش، و خواص ثابت.بنابراین، از معادلات زیر برای تحقق قوانین بقای جرم، تکانه و انرژی در ناحیه مایع استفاده می شود.
در حالت کلی، معادله بقای جرم برابر است با جریان خالص جرم به داخل سلول با مایع، که با فرمول تعیین می شود:
بر اساس قانون دوم نیوتن، سرعت تغییر تکانه یک ذره مایع برابر با مجموع نیروهای وارد بر آن است و معادله کلی بقای تکانه را می توان به صورت برداری به صورت زیر نوشت:
عبارات ∇p، ∇∙τij و ρg در معادله فوق به ترتیب نشان دهنده فشار، ویسکوزیته و گرانش هستند.محیط های خنک کننده (هوا، آب، روغن و غیره) که به عنوان خنک کننده در ماشین ها استفاده می شوند، عموماً نیوتنی در نظر گرفته می شوند.معادلات نشان داده شده در اینجا فقط شامل یک رابطه خطی بین تنش برشی و گرادیان سرعت (نرخ کرنش) عمود بر جهت برشی است.با در نظر گرفتن ویسکوزیته ثابت و جریان ثابت، معادله (12) را می توان به 31 تغییر داد:
طبق قانون اول ترمودینامیک، سرعت تغییر انرژی یک ذره مایع برابر است با مجموع گرمای خالص تولید شده توسط ذره مایع و توان خالص تولید شده توسط ذره مایع.برای یک جریان چسبناک تراکم پذیر نیوتنی، معادله بقای انرژی را می توان به صورت 31 بیان کرد:
که در آن Cp ظرفیت گرمایی در فشار ثابت است، و عبارت ∇ ∙ (k∇T) مربوط به رسانایی حرارتی از طریق مرز سلول مایع است، جایی که k نشان‌دهنده هدایت حرارتی است.تبدیل انرژی مکانیکی به گرما بر حسب \(\varnothing\) (یعنی تابع اتلاف ویسکوز) در نظر گرفته می شود و به صورت زیر تعریف می شود:
جایی که \(\rho\) چگالی مایع است، \(\mu\) ویسکوزیته مایع است، u، v و w به ترتیب پتانسیل جهت x، y، z سرعت مایع هستند.این اصطلاح تبدیل انرژی مکانیکی به انرژی گرمایی را توصیف می کند و می توان آن را نادیده گرفت زیرا تنها زمانی مهم است که ویسکوزیته سیال بسیار زیاد باشد و گرادیان سرعت سیال بسیار زیاد باشد.در مورد جریان ثابت، گرمای ویژه ثابت و هدایت حرارتی، معادله انرژی به صورت زیر اصلاح می شود:
این معادلات اساسی برای جریان آرام در سیستم مختصات دکارتی حل شده است.با این حال، مانند بسیاری از مشکلات فنی دیگر، عملکرد ماشین های الکتریکی در درجه اول با جریان های آشفته همراه است.بنابراین، این معادلات برای تشکیل روش میانگین گیری Reynolds Navier-Stokes (RANS) برای مدل سازی آشفتگی اصلاح می شوند.
در این کار، برنامه ANSYS FLUENT 2021 برای مدل سازی CFD با شرایط مرزی مربوطه انتخاب شد، مانند مدل در نظر گرفته شده: یک موتور ناهمزمان با خنک کننده هوا با ظرفیت 100 کیلو وات، قطر روتور 80.80 میلی متر، قطر. از استاتور 83.56 میلی متر (داخلی) و 190 میلی متر (خارجی)، شکاف هوا 1.38 میلی متر، طول کل 234 میلی متر، مقدار، ضخامت دنده ها 3 میلی متر..
سپس مدل موتور هوا خنک SolidWorks به ANSYS Fluent وارد شده و شبیه سازی می شود.علاوه بر این، نتایج به دست آمده برای اطمینان از صحت شبیه سازی انجام شده بررسی می شود.علاوه بر این، یک IM یکپارچه خنک‌شده با هوا و آب با استفاده از نرم‌افزار SolidWorks 2017 مدل‌سازی شد و با استفاده از نرم‌افزار ANSYS Fluent 2021 شبیه‌سازی شد (شکل 4).
طراحی و ابعاد این مدل از سری آلومینیومی زیمنس 1LA9 الهام گرفته شده و در سالیدورکس 2017 مدل سازی شده است.این مدل با توجه به نیازهای نرم افزار شبیه سازی کمی اصلاح شده است.هنگام مدل‌سازی با ANSYS Workbench 2021، مدل‌های CAD را با حذف قطعات ناخواسته، حذف فیله‌ها، پخ‌ها و موارد دیگر اصلاح کنید.
یک نوآوری در طراحی، ژاکت آب است که طول آن از نتایج شبیه سازی مدل اول تعیین شد.برخی تغییرات در شبیه سازی ژاکت آب ایجاد شده است تا بهترین نتیجه را هنگام استفاده از کمر در ANSYS بدست آورید.بخش های مختلف IM در شکل نشان داده شده است.5a–f.
(آ).هسته روتور و شفت IM.(ب) هسته استاتور IM.(ج) سیم پیچ استاتور IM.(د) قاب خارجی MI.(ه) ژاکت آب IM.و) ترکیبی از مدل های IM خنک شونده با هوا و آب.
فن نصب شده روی شفت جریان هوای ثابت 10 متر بر ثانیه و دمای 30 درجه سانتی گراد را بر روی سطح پره ها فراهم می کند.مقدار نرخ به طور تصادفی بسته به ظرفیت فشار خون مورد تجزیه و تحلیل در این مقاله انتخاب می شود، که بیشتر از آنچه در ادبیات نشان داده شده است.منطقه داغ شامل روتور، استاتور، سیم پیچی استاتور و میله های قفس روتور است.مواد استاتور و روتور فولادی، سیم‌پیچ‌ها و میله‌های قفس مسی، قاب و دنده‌ها آلومینیومی هستند.گرمای تولید شده در این مناطق به دلیل پدیده های الکترومغناطیسی مانند گرمایش ژول هنگام عبور جریان خارجی از سیم پیچ مسی و همچنین تغییرات میدان مغناطیسی است.نرخ انتشار حرارت اجزای مختلف از ادبیات مختلف موجود برای 100 کیلووات IM گرفته شده است.
IM های یکپارچه هوا خنک و آب خنک، علاوه بر شرایط فوق، شامل یک ژاکت آب نیز می شود که در آن قابلیت های انتقال حرارت و توان پمپ مورد نیاز برای دبی های مختلف آب (5 لیتر در دقیقه، 10 لیتر در دقیقه) آنالیز شد. و 15 لیتر در دقیقه).این شیر به‌عنوان حداقل شیر انتخاب شد، زیرا نتایج برای جریان‌های زیر 5 لیتر در دقیقه تغییر قابل‌توجهی نداشت.علاوه بر این، نرخ جریان 15 لیتر در دقیقه به عنوان حداکثر مقدار انتخاب شد، زیرا قدرت پمپاژ به طور قابل توجهی با وجود این واقعیت که دما به کاهش خود ادامه داد، افزایش یافت.
مدل‌های IM مختلف به ANSYS Fluent وارد شدند و با استفاده از ANSYS Design Modeler ویرایش شدند.علاوه بر این، یک پوشش جعبه ای شکل با ابعاد 0.3 × 0.3 × 0.5 متر در اطراف AD ساخته شد تا حرکت هوا را در اطراف موتور تجزیه و تحلیل کند و حذف گرما را در جو مطالعه کند.تجزیه و تحلیل های مشابهی برای IM های یکپارچه با هوا و آب خنک انجام شد.
مدل IM با استفاده از روش های عددی CFD و FEM مدل سازی شده است.مش ها در CFD ساخته می شوند تا یک دامنه را به تعداد معینی از اجزا تقسیم کنند تا راه حلی پیدا کنند.مش های چهار وجهی با اندازه عناصر مناسب برای هندسه پیچیده کلی اجزای موتور استفاده می شود.تمام رابط ها با 10 لایه پر شدند تا نتایج دقیق انتقال حرارت سطحی به دست آید.هندسه شبکه دو مدل MI در شکل نشان داده شده است.6a، b.
معادله انرژی به شما امکان می دهد تا انتقال حرارت را در نواحی مختلف موتور مطالعه کنید.مدل آشفتگی K-epsilon با توابع دیوار استاندارد برای مدل‌سازی آشفتگی در اطراف سطح خارجی انتخاب شد.این مدل انرژی جنبشی (Ek) و اتلاف آشفته (اپسیلون) را در نظر می گیرد.مس، آلومینیوم، فولاد، هوا و آب برای خواص استاندارد آنها برای استفاده در کاربردهای مربوطه انتخاب شدند.نرخ اتلاف گرما (به جدول 2 مراجعه کنید) به عنوان ورودی داده شده است، و شرایط مختلف منطقه باتری روی 15، 17، 28، 32 تنظیم شده است. سرعت هوا روی جعبه موتور برای هر دو مدل موتور روی 10 متر بر ثانیه تنظیم شده است. علاوه بر این، سه نرخ مختلف آب برای ژاکت آب در نظر گرفته شد (5 لیتر در دقیقه، 10 لیتر در دقیقه و 15 لیتر در دقیقه).برای دقت بیشتر، باقیمانده‌ها برای همه معادلات برابر با 1 × 10-6 تنظیم شدند.الگوریتم SIMPLE (روش نیمه ضمنی برای معادلات فشار) را برای حل معادلات Navier Prime (NS) انتخاب کنید.پس از تکمیل اولیه سازی هیبریدی، تنظیم 500 تکرار را اجرا می کند، همانطور که در شکل 7 نشان داده شده است.