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行业动态

电机流体模型简析

在对该模型进行网格划分之后,得到的网格数目非常的大,要进行流体场计算的话,需多台电脑并联运行才可以,而且,由于端部区域与气隙的流场物理量数量级差异过大,会产生很大的计算误差。考虑到以上情况,本文对计算模型进行了简化,忽略了电机端部的绕组,进行重新建模。合理简化的模型并不会对计算结果有太大的影响,并且模型简化后还可以减小物理量数量级差异过大引起的舍入误差,同时节约建模以及计算分析的时间。

 

对温度场进行计算时要在控制方程中加入能量方程,因此计算过程较流体场计算时复杂,对计算机的要求也就更高。受到现有实验室硬件条件的限制,此模型无法用于计算电机内的温度场分布。但从之前对电机内风路流体场进行计算分析得到的仿真结果中能够发现,各个径向通风沟内流体的流动情况比较相似,故可以将通风沟及通风沟两侧的铁心段定为电机温度场的求解模型。365体育在线通风沟沿轴线厚度为10mm,它两端的定子铁心沿轴线厚度为40mm,故所建模型沿轴向的厚度为90mm,而此电机机座横截面为矩形,故温度场计算的三维实体模型简化如下图1所示。

 

图1:计算区域三维实体模型

计算区域三维实体模型

利用计算流体力学对流体的流动和传热进行求解时,首先要对计算区域进行点离散、区域离散。网格是离散过程中不可或缺的一步,它是离散的基础。对计算区域进行网格划分,即将连续的区域划分成多个子区域,而由于离散化的物理量存储在网格节点中,故在划分过程中还需要记忆每个区域的节点。实际上,不仅仅只有计算时采用的算法会对流体流动与传热问题仿真计算的效率及结果产生较大的影响,生成网格的质量对二者也起着决定性的作用。在工程实际中,需要解决的流动与传热问题常常发生在复杂的区域内,所以,如何对东莞电机规则区域进行网格划分成了计算流体力学和计算传热学的关键问题。现有的划分网格的方法均有优缺点,不同的条件下,适用的网格划分方法也不同。

 

总的来说,进行网格划分的方式有两大类:结构化网格划分和非结构化网格划分。在数值计算中,正交和非正交曲线坐标系中生成的网格叫做结构网格。这种网格中隐含着每一节点和相邻节点间的联系关系,故不需要特意对这些关系数据进行设置。采用结构化网格的优点有:网格生成速度快、质量好;在处理边界条件时较为方便;采用参数化、样条插值的方法处理的曲面与实际的模型更接近。但使用结构化网格划分复杂的求解区域较为困难,使用的局限性为结构化网格最大的缺点。

 

提出了非结构化网格的概念,如今这种划分网格的方法已成为研宄热点之一。非结构化网格的网格单元与节点间不存在固定的规律,它的节点分布是具有任意性的。这也就是说在网格划分区域中,不同的内点相连的网格数目不同。非结构化网格具有以下优点:可以对形状不规则的区域进行网格划分,在处理奇性点时较为简单;随机的东莞电机数据结构有利于进行网格自适应,从而可以更好的捕获流场的物理特性;网格的大小和节点的密度调节起来也较为容易。非结构化网格弥补了结构化网格的缺点,因而这种网格生成技术应用的比较广泛。查阅相关资料可知,目前在非结构化网格生成技术中,只有平面三角形自动生成技术发展的比较成熟,尽管平面四边形网格生成技术、空间任意平面三角形、四边形网格生成技术、三维任意形状实体的四面体网格以及六面体网格生成技术都还不成熟,但都在迅速的发展中。在Fluent2D中可以选择三角形、四边形及它们的混合单元进行网格划分,在:Fluent3D中可以使用四面体、六面体或棱锥单元进行网格划分。365体育在线选择划分网格的类型时,要将设置的时间、计算的费用以及数值的耗散考虑在内,在进行对比分析后,方可确定适当的划分类型。

 

电机具有气隙小、通风沟内结构复杂等特点,所以对计算模型进行网格划分时要注意以下几点:网格的疏密分布要合理,对于结构尺寸较小的部分、速度变化较快的区域,网格应该适当加密;网格要尽量光滑,防止由于相邻单元体中的快速变化导致的切断错误;网格应具有良好的正交性,歪斜厉害的单元会降低解的正确性和稳定性。

 

中型电机的尺寸本来就较大,365体育在线研宄对象又是整个内风路,故而建立的计算模型较大,体的数量也较多,因此网格划分要分批次进行,尺寸小的个体先划分,个体的形状、尺寸不同,选择网格划分的方法也不同,但这样做会造成相邻区域网格的种类不同,导致在计算过程中出现数据交换的问题,为了避免这个问题问题的出现,我们要将两个区域的交界面设为Interface面,每侧一个,它会分别对两边的数据进行整合,根据设定好的差值方法进行控制方程离散形式在这一交界面上的过渡,实现了数据的相互调用与交换,使各种物理量在不相同的网格类型区域间可以连续地过度。电机的气隙尺寸比较小,划分网格比较困难,故要先对气隙进行网格划分,365体育在线采用先对表面划分再对整体划分的方法对气隙进行划分。值得注意的是,为了划分网格方便,常将一个形状不规则的体划分为几个部分分别划分,此时几个部分的接触面为内部面,应把这些面设为Interior面。