Analiza porównawcza metod obliczeń termicznych dla silników z magnesami stałymi z chłodzeniem wentylatorowym
Aby porównać i przeanalizować wykonalność różnych metod obliczeń termicznych w projektowaniu termicznym silnika i zastosowaniach inżynieryjnych, w niniejszym artykule jako obiekt badawczy zastosowano chłodzony powietrzem silnik z magnesem trwałym, analizując jego przepływ pracy wentylatora, pole płynu silnikowego i wzrost temperatury silnika. Analityczna metoda pracy i metoda skończonej objętości są wykorzystywane do obliczenia znamionowej roboczej objętości powietrza wentylatora silnika, a rozkład prędkości całej domeny płynnej silnika jest uzyskiwany metodą skończonej objętości. Na podstawie obliczenia płynu stosuje się odpowiednio równoważną metodę ścieżki termicznej i metodę objętości skończonej. Wzrost temperatury jest szacowany. Porównując obliczone wartości ze zmierzonymi wartościami, obie metody mają pewną wiarygodność. Metoda skończonej objętości jest bardziej odpowiednia do ulepszenia konstrukcji i optymalizacji silnika. Metodę analityczną można wykorzystać do projektowania silnika pochodnego i wstępnej oceny programu.
Wraz z rozwojem gospodarki i społeczeństwa, niskoemisyjna ochrona środowiska i wysoka efektywność oszczędzania energii stały się przedmiotem uwagi we wszystkich dziedzinach życia. Wśród nich rzadkie magnesy z magnesami trwałymi zyskały dużą uwagę i zastosowanie ze względu na ich prostą strukturę, niewielkie rozmiary, niewielką wagę i wysoką wydajność. 2]. W dziedzinie tranzytu kolejowego, w celu skutecznej ochrony magnesów trwałych, silnik z magnesem trwałym ogólnie przyjmuje całkowicie zamkniętą strukturę, co prowadzi do słabego środowiska rozpraszania ciepła silnika; ponadto wzrost gęstości mocy silnika powoduje utratę objętości jednostki generowanej przez silnik podczas pracy, co spowoduje pogorszenie silnika. Temperatura każdej części jest zwiększona. Wyższe temperatury mogą spowodować poważne uszkodzenie bezpiecznej pracy silnika, gdy magnes trwały zostanie nieodwracalnie rozmagnesowany. Jako główny element tranzytowych pojazdów szynowych, dokładne obliczenie i oszacowanie wewnętrznego pola temperatury silnika stanowi solidny fundament dla zapewnienia bezpiecznej eksploatacji silnika, co pozwala zaoszczędzić koszty projektu i skrócić cykl rozwoju. Metody projektowania termicznego silnika obejmują głównie metodę uproszczonej formuły, równoważną metodę ścieżki termicznej, metodę sieci cieplnej i metodę obliczeń numerycznych. Metody te mają zalety i wady pod względem dokładności obliczeń i cyklu projektowania.
Aby zbadać wykonalność i skuteczność różnych metod obliczeniowych w projektowaniu termicznym silnika i praktycznych zastosowaniach inżynieryjnych, w niniejszym artykule jako obiekt badawczy zastosowano autonomiczny, chłodzony wentylatorem, w pełni zamknięty, synchroniczny silnik trakcyjny z magnesem trwałym, i porównano metody projektowania termicznego silnik. . W niniejszym artykule metoda analityczna i metoda obliczeń symulacyjnych są wykorzystywane do obliczania i porównywania wzrostu temperatury silnika. Po pierwsze, wentylator silnika i jego kanał przepływowy są obliczane analitycznie i symulowane przez trójwymiarowe pole płynu, dzięki czemu wentylator może być wytwarzany w warunkach znamionowych pracy. Objętość powietrza jest następnie obliczana i analizowana na podstawie wyników obliczeń pola płynów za pomocą metody ścieżki termicznej i metody skończonej objętości [7-9]. Wirnik silnikowy z magnesem trwałym zasadniczo nie generuje ciepła, a metoda analityczna oparta jest na równoważnej ścieżce termicznej dwóch źródeł ciepła. Metoda obliczeniowa jest prosta, a wzrost temperatury uzwojenia stojana można szybko oszacować. Wstępnie ocenia się, czy projekt układu elektromagnetycznego silnika jest rozsądny; w oparciu o obliczenia symulacyjne metody objętości skończonej, może analizować i oceniać globalne pole płynu i pole temperatury silnika, co bardziej sprzyja poprawie i optymalizacji układu silnika.
