基于Fluent风冷电机流场及温度场的仿真攻略

一、电机散热办法有哪些？

电机根据自身容量、功率密度及事情环境等成分采取不同的散热办法。
目前主流的电机散热办法紧张如下：

1、自然冷却。
这种冷却办法一样平常适用于眇小型电机，这种电机一样平常在机壳外部设置翅片，依赖空气自然对流和辐射散热。

2、透风冷却。
透风冷却也分为自扇冷却及他扇冷却。
自扇冷却一样平常在电机转子上装有风扇，依赖转子迁徙改变风扇产生风压进行强制冷却。
他扇冷却一样平常利用外部风扇或鼓风机驱动冷却风对电机内部进行冷却。

3、通水冷却。
中小型电机通水冷却办法一样平常采取机座带水套通水冷却或在定子铁芯轭部通冷却管路等办法。
大型电机则广泛采取内部冷却办法，即采取空心绕组，冷却介质通过绕组内部带走热量。

4、其他办法。
一些特种电机及分外事情环境的电机也有采取氟利昂相变冷却等其他散热办法。

二、风冷电机的基本透风构造

风冷电机内部的风路构造也分为轴向透风构造、径向透风构造以及轴径向稠浊透风构造。
轴向透风构造一样平常在定、转子开设轴向透风道，冷却风从电机一端进入，通过轴向透风道从另一端流出。
但是这样会导致轴向方向温度分布不屈均，出口端温度较高。
径向透风构造则是利用分段式定转子铁芯段之间的间隔作为径向透风道，这样可以有效增大散热面积，并且铁芯及绕组沿轴向方向温度分布相对均匀。
轴径向稠浊透风构造则是综合了两种透风构造，包含了轴向透风和径向透风构造的所有特点。

轴向透风构造

径向透风构造

轴径向稠浊透风构造

三、风冷电机Fluent仿真流程

以一台自建径向透风构造电机模型为例，先容风冷电机流场及温度场的仿真流程。
打算流程如下：

1、SpaceClaim进行模型前处理，抽取内流场

利用前处理软件SpaceClaim对原始模型进行进一步处理，并对原模型进行简化。
利用体积抽取命令抽取流体域后，轴向取1/2模型，圆周取1/4模型。
将流体域分割为迁徙改变域及静域，并对迁徙改变域及静域进行共享拓扑。

流体区域前处理

2、FluentMeshing构建流体域共节点周期性网格

将第1步处理好的模型复制一份，将个中的固体区域删除，保留处理好的流体区域。
将处理好的流体域模型导入到FluentMeshing中，进行网格划分。
在处理好面网格质量以及对边界进行命名后，须要用Recover Periodic命令建立周期性网格映射。
末了通过Auto Mesh命令天生多面体网格。

流体域共节点周期性多面体网格

3、电机风阻特性打算与风扇事情点求解

风扇在事情时，由于电机内部存在阻力，风扇的风量达不到最大风量。
因此须要先对电机的风阻特性进行求解，求解出电机阻力与入口风量的关系曲线，再与风扇P-Q曲线求交点，得到风扇在电机额定工况运行时的风量。
对付电机风阻特性的求解，只须要在Fluent中设置一系列不同的入口风量，再将其对应的进出口压差求出来，则得到电机的风阻特性曲线。

风扇事情点

4、温度场打算模型前处理

将第1步保存的模型导入SpaceClaim中，连续对固体部件进行处理。
将定、转子绕组在槽内及槽外的面分割开来。
再利用群组命令进行命名，方便后续在Fluent中设置绕组自身的绝缘层热阻。
将所有零部件进行重命名后，再将干系边界进行命名，末了对全体组件进行共享拓扑，方便天生共节点网格。

温度场模型前处理

5、温度场FluentMeshing共节点周期性网格划分

对付电机这种多部件的模型，如果用对各部件分开划分网格，再用Interface对交界面进行匹配打算的话，虽然可以一定程度减少网格量，但是操作比较繁杂。
目前打算机性能都比较强大，建议多部件的共轭换热问题都采取共节点网格。
电机的网格天生的难点在于绝缘层的处理。
一样平常电机绝缘层很薄，但是轴向长度较长，是苗条型的薄壁。
如果网格尺寸过于稀疏，则长宽比可能很大，导致网格质量弗成。
一种方法是在FluentMeshing中通过设置Proximity尺寸函数，设置小间隙中的网格层数，担保绝缘层厚度方向有2层网格，但是这样网格规模可能会比较大。
另一种方法则是不对绝缘层进行实体建模，而是在Fluent中通过设置壁面热阻来仿照绝缘层的浸染。

温度场共节点周期性网格

6、温度场在Fluent中求解设置及后处理

电机在Fluent中的设置紧张步骤如下：首先选择得当物理模型；定义材料属性；定义流体部件的材料及迁徙改变域MRF设置；定义各固体部件的材料及热源参数；定义精确的边界条件及参数；选择得当的算法；定义关键物理量的Report监控；最后进行初始化求解。
求解结束后再利用Fluent自带后处理功能，对结果进行进一步处理和剖析。

这样，风冷电机一个完全的仿真流程便走完了。
如果在设计初期，能够对电机进行流场及温度场剖析，可以提出干系优化建议，降落电机运行温升，提高电机稳定性及利用寿命，对电机设计具有重大实际意义。

定子绕组温度分布云图

截面速率矢量图

四、基于Fluent电机散热流场及温度场剖析

本文先容了基于Fluent电机散热流场及温度场剖析的基本流程，希望本文的先容可以为从事电机流场及温度场仿真事情的朋友供应帮助。

自2020年7月起，我在仿真秀App和官网发布了一套原创视频教程《基于Fluent电机散热流场及温度场剖析》，分享电机流场及温度场仿照流程，step by step的操作穿插着自己的履历讲解，目前风冷电机部分已经上传完成，后续还会更新水冷电机部分的演示，感兴趣的朋友可以进行订阅。

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