大型异步电机通风散热优化设计

论文摘要

随着大型电机制造技术的发展,大型电机内部单位体积内发热量随之增加,这样对电机通风散热就提出了更高的要求。本课题提出了一种基于计算流体动力学的大型异步电机内部通风散热分析计算方法,该分析计算方法与以往的研究电机通风散热的方法相比,其可以减少样机试制、缩短研发周期、降低开发成本的目的。本课题分析了大型异步电机内部热源的分布及其结构特点,分析了大型异步电机内部空气流场的特点,将异步电机模型进行合理简化,然后利用流体动力学软件Fluent对五种不同的定子通风沟结构方案进行比较,优选出一种风阻最小的结构方案;然后分析计算最优定子通风沟结构方案整个电机的温度场以及空气流场。在异步电机模型简化时,利用电机相似性原理将转子结构进行折算,首次利用Fluent软件的MRF模块分析转子的旋转对异步电机通风散热的影响,分析表明运用流体动力学分析技术对异步电机内流场进行数值模拟是完全可以实现的,其计算结果可作为电机通风散热结构设计的参考依据。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 概述
• 1.1 概述
• 1.2 电机通风散热的必要性
• 1.3 课题研究的意义与所采用的研究方法
• 1.4 论文结构
• 第二章 异步电机通风散热基本问题
• 2.1 异步电动机的通风型式
• 2.2 异步电机内部热源分析
• 2.3 异步电机的稳定温升
• 2.4 电机通风模型分析法
• 2.5 风路和热路分析法
• 2.6 本文研究的对象
• 2.6.1 电机基本参数
• 2.6.2 电机各部分尺寸
• 2.6.3 进风口及出风口的布置
• 2.7 CFD 数值计算思路分析
• 第三章 流体力学及热力学基本原理及其在电机中的应用
• 3.1 流体动力学控制方程
• 3.1.1 质量守恒方程
• 3.1.2 动量守恒方程
• 3.1.3 能量守恒方程
• 3.1.4 状态方程
• 3.1.5 守恒方程在异步电机CFD 数值计算中的作用
• 3.2 异步电机通风散热的传热学基础
• 3.2.1 热传导基本定律
• 3.2.2 对流传热
• 3.2.3 异步电机的CFD 数值计算与风路和热路计算的区别
• 3.3 牛顿流体基本特性
• 第四章 CFD 技术及FLUENT 软件简介
• 4.1 CFD 技术简介
• 4.1.1 CFD 技术现状
• 4.1.2 CFD 技术基本原理
• 4.1.3 CFD 研究方法简介
• 4.1.4 CFD 工作流程图
• 4.1.5 CFD 软件的结构
• 4.2 FLUEN 软件简介
• 4.2.1 FLUENT 软件的组成
• 4.2.2 FLUENT 软件的物理模型及其应用领域
• 4.2.3 本文所用前置处理器Gambit
• 4.2.4 FLUEN 下解决问题的步骤
• 4.2.5 FLUENT 软件的各项功能简介
• 4.2.6 Fluent 化设计的优点
• 第五章 定子通风沟结构分析
• 5.1 模型的简化
• 5.2 模型的建立
• 5.3 FLUENT 中分析计算
• 5.3.1 设置求解器
• 5.3.2 设置粘性计算模型
• 5.3.3 定义材料属性
• 5.3.4 边界条件设置
• 5.3.5 求解器的参数设置
• 5.3.6 计算结果及分析
• 第六章 定转子通风沟综合分析
• 6.1 模型的简化
• 6.2 模型的建立
• 6.2 数值分析计算
• 6.2.1 检查网格
• 6.2.2 光顺网格
• 6.2.3 调整尺寸
• 6.2.4 设置求解器
• 6.2.5 设置物质属性
• 6.2.6 设置工作条件
• 6.2.7 设置边界条件
• 6.2.8 设置求解器参数
• 6.2.9 设置残差监视器
• 6.2.10 求解器初始化
• 6.2.11 迭代计算
• 6.2.12 计算结果及分析
• 第七章 异步电机通风散热分析
• 7.1 异步电机通风散热分析
• 7.1.1 异步电机通风散热的特点
• 7.1.2 通风散热模型的简化
• 7.1.3 电机内部的风路
• 7.2 GAMBIT 中建模
• 7.2.1 异步电机通风散热几何模型的建立
• 7.2.2 划分网格
• 7.2.3 边界条件的设置
• 7.3 FLUENT 分析计算
• 7.4 新方案比较
• 第八章 展望与结论
• 缩略语
• 参考文献
• 致谢
• 攻读学位期间发表的学术论文目录