基于气隙旋转流的高速电机转子气隙温度场的计算方法.pdf

(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号CN109190172A(43)申请公布日2019.01.11(21)申请号201810872087.X(22)申请日2018.08.02(71)申请人北京交通大学地址100044北京市海淀区西直门外上园村3号(72)发明人李伟力李琳吴志刚李金阳李栋张晓晨曹君慈沈稼丰李锦洲汪家俊高晗缨(74)专利代理机构北京市商泰律师事务所11255代理人麻吉凤(51)Int.Cl.G06F17/50(2006.01)权利要求书2页说明书9页附图2页(54)发明名称基于气隙旋转流的高速电机转子气隙温度场的计算方法(57)摘要本发明实施例提供了一种基于气隙旋转流的高速电机转子气隙温度场的计算方法。该方法包括：对高速电机定子、转子间环形气隙内流动满足的泰勒—库特流模型，构建数值模拟结构的同心圆柱体几何模型，确定数值模拟结构的网格数量和分布、流体流动的控制方程、对流体的湍流现象进行模拟的湍流模型、散热系数，从而求解出泰勒—库特流流动换热特性。本发明基于气隙旋转流的泰勒—库特流模型，对流场中速度分布、温度分布、壁面热流密度分布以及不同速度下流场的对流换热特性进行了分析，改变了传统静态等效法，实现了高速电机全域温度场计算的准确性。CN109190172ACN109190172A权利要求书1/2页1.一种基于气隙旋转流的高速电机转子气隙温度场的计算方法，其特征在于，该方法包括：对高速电机定子、转子间环形气隙内流动满足的泰勒—库特流模型，构建数值模拟结构的几何模型；确定所述数值模拟结构的网格数量和分布；构建所述数值模拟结构中流体流动的控制方程；构建对所述数值模拟结构中流体的湍流现象进行模拟的湍流模型；计算所述数值模拟结构的散热系数；根据所述数值模拟结构的所述几何模型、网格数量和分布、控制方程、湍流模型和散热系数，求解出泰勒—库特流流动换热特性。2.根据权利要求1所述的基于气隙旋转流的高速电机转子气隙温度场的计算方法，其特征在于，所述的对高速电机定子、转子间环形气隙内流动满足的泰勒—库特流模型，构建数值模拟结构的几何模型，包括：高速电机的转子外壁和定子内壁分别形成环形气隙的内、外壁面，在高速电机的定子、转子间环形气隙内的流动存在旋转流，满足泰勒—库特流模型，所述泰勒—库特流模型的几何模型为同心圆柱体，所述几何模型的具体数值为：外圆柱面半径R1为：10mm，内圆柱面半径R2为：2.6925mm，间隙高度d为：d＝R1-R2，内外半径比为：0.26925，数值模拟结构的轴向长L为：5mm。3.根据权利要求1所述的基于气隙旋转流的高速电机转子气隙温度场的计算方法，其特征在于，所述的确定数值模拟结构的网格数量和分布，包括：对所述数值模拟结构整体采用结构化网格，并对局部进行加密，所述数值模拟结构的网格总数量为：77764，在所述数值模拟结构的内外壁面均设置边界层网格，边界层网格均为10层，气隙为6层，增长比例为1.2，所述增长比例为相邻两层网格剖分个数的比例。4.根据权利要求1所述的基于气隙旋转流的高速电机转子气隙温度场的计算方法，其特征在于，所述的构建所述数值模拟结构中流体流动的控制方程，包括：所述控制方程包括：连续性方程、动量守恒方程和能量守恒方程，各方程特征分别为：连续性方程张量形式：3其中，ρ为流体密度，单位为kg/m，ui为i方向流体的旋转速度，单位为m/s，xi为笛卡尔坐标系下x、y、z三个分量，单位为m；动量守恒方程：其中，P是微元体上的压力，xk为k坐标系下分量(m)，uk为k方向流体的速度，μ为流体动力粘数；能量守恒方程：2CN109190172A权利要求书2/2页其中，T为温度，λ为流体的导热系数。5.根据权利要求1所述的基于气隙旋转流的高速电机转子气隙温度场的计算方法，其特征在于，所述的构建对数值模拟结构中流体的湍流现象进行模拟的湍流模型，包括：在高速电机的高速旋转状态下，湍流模型为：6.根据权利要求1所述的基于气隙旋转流的高速电机转子气隙温度场的计算方法，其特征在于，所述的计算数值模拟结构的散热系数，包括：在计算数值模拟结构的散热系数时，先计算热平衡方程；所述热平衡方程为：2其中，Tair,u是上游空气温度，q是热通量密度，单位为w/m，是流体的质量流通率，单位2为kg/s，cp是流体比热容，单位为J/kg-K，ΔT为温升，h是经验散热系数，单位为W/m-K，Text是外部温度或液体的参考温度，单位为K，Tair,d是热交换器下游的温度，单位为K，A是换热器的迎风区域，单位为m2；则考虑流体速度，所述散热系数h的计算式为：7.根据权利要求1所述的基于气隙旋转流的高速电机转子气隙温度场的计算方法，其特征在于，所述的根据所述数值模拟结构的所述几何模型、网格数量和分布、控制方程