[發明專利]軸徑向混合通風冷卻電機的流熱網絡建模及雙向耦合方法

在審

• 申請號: 202110682418.5
• 申請日: 2021-06-21
• 公開（公告）號: CN113378395A
• 公開（公告）日: 2021-09-10
• 發明（設計）人: 孟陽;徐永明;曹恒佩;常存存;龐松印
• 申請（專利權）人: 哈爾濱理工大學
• 主分類號: G06F30/20
• 分類號: G06F30/20;G06F113/08;G06F113/14;G06F119/08
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1.軸徑向混合通風冷卻電機的流熱網絡建模及雙向耦合方法，其特征在于：所述電機為軸徑向混合通風冷卻結構電動機，所述耦合方法為建立流體網絡模型和熱網絡模型并雙向耦合求解，實現電動機溫升預測，所述方法的具體實現過程為：

步驟一：基于流體的連續性方程和伯努利方程，分別建立軸徑向混合通風冷卻結構電動機的內、外風路流體網絡模型：根據冷卻氣體流通路徑將電動機通風結構劃分為n條通風回路(A₁,A₂,...,A_n，n為正整數)，根據通風回路A_i(1≤i≤n，i為正整數)的通風結構變化將其劃分為m條通風支路(A_i,1,A_i,2,...,A_i,m，m為正整數)，將通風支路A_i,j(1≤j≤m，j為正整數)的壓頭元件(離心風扇或轉子徑向通風輻板)等效為壓源P_i,j，將通風支路A_i,j的壓降損失(沿程壓降損失或局部壓降損失)等效為流阻Z_i,j，根據冷卻氣體流通路徑將各支路壓源P_i,j和流阻Z_i,j連接構成電動機流體網絡模型，該模型中通風回路A_i滿足∑P_i,j＝∑Z_i,jQ_i,j²，式中：Q_i,j為通風支路A_i,j的流量；

步驟二：基于熱力學定律和能量守恒原理建立電動機熱網絡模型：基于電動機結構型式及損耗分布特點，按照熱量傳遞路徑將電動機劃分為x個溫升區域(B₁,B₂,...,B_x，x為正整數)，在溫升區域B_s(1≤s≤x，s為正整數)設置y個節點(B_s,1,B_s,2,...,B_s,y，y為正整數)，將溫升區域B_s的損耗平均分配給該區域的節點，將節點B_s,t(1≤t≤y，t為正整數)分配得到的損耗等效為該節點的熱源q_s,t，冷卻氣體吸收熱量產生的溫升變化等效成冷卻氣體所在節點的等效熱壓源ΔT_s,t，節點B_s,t與節點B_s',t'之間用等效熱阻R_s,t-s',t'連接，根據電動機熱量傳遞路徑將各節點連接起來構成電動機的熱網絡模型，各節點滿足q_s,t＝∑(T_s',t'-T_s,t)/R_s,t-s',t'，式中：T_s,t為節點B_s,t的溫升，T_s',t'為與節點B_s,t相鄰的節點B_s',t'的溫升；

步驟三：對流熱網絡模型中變化的參數分別賦予初值：令冷卻氣體所在節點的溫升T_s,t＝0，即各通風支路的冷卻氣體均處于室溫且冷卻氣體所在節點的等效熱壓源ΔT_s,t＝0，令各通風支路冷卻氣體的流量Q_i,j＝1；

步驟四：求解流體網絡模型：將冷卻氣體所在節點的溫升T_s,t帶入公式Z_i,j＝f(T_s,t,v,d_e,…)計算各通風支路流阻，式中f()為流阻的計算函數，v為冷卻氣體的流速，d_e為通風支路的當量直徑；將計算出的流阻Z_i,j數值代入流體網絡中進行求解，得到各通風支路冷卻氣體新的流量Q_i,j'；計算流量相對誤差，若|Q_i,j'-Q_i,j|/Q_i,j≤0.5％，則執行步驟七，否則執行步驟五且將Q_i,j'賦值給Q_i,j；

步驟五：計算熱網絡模型中對流換熱熱阻R_s,t-s',t'：將步驟四計算得到的各通風支路冷卻氣體流量Q_i,j代入公式R_s,t-s',t'＝h(Q_i,j,λ,d_e,…)計算出固體溫升節點與流體溫升節點的對流換熱熱阻R_s,t-s',t'，實現流體網絡到熱網絡的耦合，式中h()為熱阻的計算函數，λ為冷卻流體的熱導率；

步驟六：求解熱網絡模型：將步驟五計算出的對流換熱熱阻R_s,t-s',t'代入熱網絡模型中進行求解，得到電動機各節點的溫升T_s,t'以及等效熱壓源所在支路的熱流q_air-s,t；將計算得到的等效熱壓源所在支路的熱流q_air-s,t和步驟四計算得到的各通風支路冷卻氣體流量Q_i,j代入公式ΔT_s,t＝q_air-s,t/c_vQ_i,j，計算得到冷卻氣體所在節點新的等效熱壓源ΔT_s,t'，式中c_v為冷卻氣體的比熱容；計算等效熱壓源的相對誤差，若|ΔT_s,t'-ΔT_s,t|/ΔT_s,t≤0.5％，則執行步驟四且將此計算得到的T_s,t'賦值給T_s,t，實現熱網絡到流體網絡的耦合，否則重新執行步驟六且將ΔT_s,t'賦值給ΔT_s,t；

步驟七：保存各通風支路冷卻氣體的流量Q_i,j及電動機各節點的溫升T_s,t。