Ansys CFD在电机散热仿真中的应用


【前言】10年前,作为CFD仿真技术支持工程师的时候,最骄傲的一件事就是做了一个全电机的散热仿真咨询项目,虽然很辛苦,但项目的锻炼价值极高,让我在后续多年工作中都受益无穷。


Ansys CFD在电机散热仿真中的应用的图1

那个时候采用的是DM和ICEM交替来简化电机模型,现在有了SCDM神器,模型处理效率大大提升。那个时候计算机硬件内存有限,网格划分只能采用混合网格,用混合网格,模型又必须进行相应的等效和简化,所以你除了要熟悉电机的工作原理,你还需要对电机组成结构的每一部分的功能和作用都了如指掌。而现在有了Ansys Fluent Meshing,网格划分的效率大幅提升,针对Ansys CFD电机散热仿真的关键技术包括:模型简化、网格划分、接地系数、绝缘处理、风扇罩处理、气隙处理等等。

 

1


电机散热仿真分析的必要性


电机是一种实现机电能量转换的电磁装置。从19世纪末期起,电动机就逐渐代替蒸汽机作为拖动生产机械的原动机。电机在运行时将产生各种损耗,这些损耗转变成热量,使电机各部件发热,温度升高。电机中的某些部件,特别是电机的绝缘,只能在一定的温度限值内才能可靠工作。为维持电机的合理寿命,需要采取适当的措施将电机中的热量散发出去,使其在允许的温度限值内运行。

 

电机冷却的目的就是根据不同类型电机选择一种合理冷却方式,保证在额定运行状态下,电机各部分温度不超过国家标准允许的限值。电机的冷却方式,主要是指对电机散热采用什么冷却介质和相应的流动途径。改进电机的冷却技术,对提高电机的利用系数和效率及增加可靠性和寿命,特别对提高大型电机的单机容量,都具有重要意义。


Ansys CFD在电机散热仿真中的应用的图2

 

为了找到最佳电机冷却方式,需要对电机在工作过程中的核心流动问题进行CFD仿真分析。通常电机CFD仿真分析的核心即是电机散热系统分析,涉及通风系统、通风部件、换热部件的设计优化以及电机核心部件温升(起动时及额定工况)等问题。

 

2


电机散热系统中涉及的流体问题


针对不同类型的电机,其散热系统问题有所不同,概述起来包括以下几类:

1)电机通风部件到整体的阻力特征精确分析(通风系统风路)

2)风扇性能分析及优化

3)风扇流致振动及气动噪声分析

4)冷却器、换热器风阻及性能优化

5)液冷管道性能优化分析

6)其它关键结构件散热分析

7)全机通风散热仿真分析(确认核心部件温升及散热系统设计)


3


电机CFD散热仿真中的关键技术


Ansys CFD在电机散热仿真中的应用的图3


3.1  

模型简化

接线盒、吊环、单面的风扇罩、线圈、轴承、内部散片、基座、动域等如何简化及处理,这里将会有大量的简化技巧存在。

Ansys CFD在电机散热仿真中的应用的图4

Ansys CFD在电机散热仿真中的应用的图5

Ansys CFD在电机散热仿真中的应用的图6

 

3.2

网格划分

模型简化是为网格划分服务,那么混合网格会对模型简化提出哪些要求?线圈及气隙的网格如何处理?当然,现在Ansys Fluent Meshing已经让这个问题变得无比简单。利用其中的多面体网格或者马赛克网格,工程师甚至不用特别关注气隙这些特别结构的处理,设置好合适的网格参数,网格几乎可以达到一键生成的地步。

Ansys CFD在电机散热仿真中的应用的图7


3.3  

接地系数

电机与大地接触,那么很多工程师忽略了接地的散热,那么接地的散热是否应该忽略,依据是什么?

Ansys CFD在电机散热仿真中的应用的图8

 

3.4  

绝缘处理

电机容易不容易出问题,就是绝缘会不会出问题,绝缘也会直接影响到电机的散热性能,对绝缘的处理将直接影响到电机的散热仿真结果。

Ansys CFD在电机散热仿真中的应用的图9

 

3.5  

风扇罩处理

风扇罩厚度及后面大量细小网孔,将会严重影响到整体网格划分。

Ansys CFD在电机散热仿真中的应用的图10

 

3.6  

气隙处理

定子和转子之间的气隙非常小,那么对它的处理方法有多种方式。

Ansys CFD在电机散热仿真中的应用的图11

 

3.7  

典型结果展示

通过仿真计算结果得到电机的温度分布与客户在试验中测试得到的实验值吻合较好,对客户电机散热性能的优化提出建设性的意见。

Ansys CFD在电机散热仿真中的应用的图12

Ansys CFD在电机散热仿真中的应用的图13

 

4


Ansys CFD电机散热仿真优势总结


模型处理能力:该电机模型的处理采用的是ICEM和DM混合处理的方式,DM对于删除倒角、键槽等非常方便,ICEM对类似吊环等处理较方便,并且对于模型的丢失及清补非常方便。Ansys在2014年收购的SCDM对于简化电机这样复杂模型将更方便。


网格划分能力:电机模型相对较复杂,采用ICEM混合网格划分策略可以大大降低网格数量,Ansys新推出的Fluent Meshing网格划分模块在处理类似电机这样复杂模型,优势更加明显。


仿真求解能力:FLUENT具有丰富湍流模型适合各类工业湍流,具有多参考系物理模型处理类似电机风扇这类带旋转计算域模型,并且Interface插值功能可以高效处理混合网格划分带来的交界面数值误差,在Interface插值过程中,还能自动生成接触热阻,该功能可回避薄壁模型的创建及网格划分。


后处理能力:模型的颜色渲染及透明渲染功能强大,多工况的同步对比功能可以方便同步对比设计方案及提高后处理效率,针对速度、压力场随剖面位置动画制作可以大大提高后处理的流场显示效率,并且后处理模块还能自动出仿真计算报告。

ANSYS CFD电机散热仿真

Ansys CFD在电机散热仿真中的应用的评论3条

Ansys CFD在电机散热仿真中的应用的相关案例教程

ANSYS中用于CFD前处理的工具众多,几何处理有DM和SCDM,网格生成有ANSYS Meshing、ICEM CFD与Fluent Meshing。 简单聊聊个人对这些模块的感觉。 1、ANSYS Design Modeler(DM) 后面简称DM,属于ANSYS Workbench的原生模块,妥妥的亲儿子,从Workbench1.0版本就一直存在。不过个人感觉自从ANSYS收购了SpaceC
1980 年代初期,在谢菲尔德大学大楼的多位人士的贡献下,Ansys Fluent成为第一个具有图形用户界面和工作流程而非命令行输入的商业计算流体动力学 (CFD) 软件。随着它在行业中的采用,Fluent 的受欢迎程度逐年增加。 2006 年 5 月,Fluent Inc. 被 Ansys 收购。自加入 Ansys 大家庭以来,我们不断突破 Fluent 的性能、精度和生产力的极限,带来了尖端创
对于结构十分复杂的几何模型,若能够将几何体分割成多个部分由多人分别进行网格划分,生成网格后能够对网格进行组装,这恐怕是很多人梦寐以求的功能了。其实很多前处理软件都具有此功能。今天要说的是如何在ICEM CFD中实现此功能。 为了简单起见,这里用一个非常简单的模型进行演示。当然复杂的模型的处理方式也是相同的。我们要处理的几何模型如图1所示。一个L型整体块被切割成3份。分别导出为3个不同的几何文件。按
With the aim to shorten the lead times for the aerodynamics simulations with CFD programs of Ansys Fluent significantly, the Volvo Car Corporation has analyzed, optimized and partially automated all p
流固耦合(Fluid-solid interaction,FSI)计算,通常用于考虑流体与固体间存在强烈的相互作用时,对流体流场与固体应力应变的考察。FSI计算按数据传递方式可分两类:单向耦合与双向耦合。所谓单向耦合,主要是指数据只从流体计算传递压力到固体,或者只从固体计算传递网格节点位移到流体。双向耦合则在每一时刻都同时向对方发送相应的物理量(流体计算发送压力数据,固体计算发送位移数据)。 AN
影响力
粉丝
内容
获赞
收藏
    项目客服
    培训客服
    3 5