基于Fluent的高功率密度SEA热仿真设计与优化

在串联弹性执行器(SEA)的电动机长时间的工作状态下,线圈的电阻会发热的同时电流在铁芯里面产生涡流而发热,若不及时散发热量,则温度很快会超出使用范围损坏线圈的绝缘,从而导致电动机损坏,为了解决这一问题,对SEA进行水冷结构的设计。通过电动机温升计算以及Fluent热仿真分析确定出水道的形状、个数和最佳循环水速;同时用Workbench对SEA重要部件进行轻量化分析和设计,进而实现提高SEA功率密度目的,该设计可以满足实际应用。

涵道风扇电机强迫风冷散热结构设计与实验

针对涵道风扇电机的轻量化高效散热需求,提出基于涵道风扇内部流场的强迫风冷散热方法,设计了肋片高度为3 mm、6 mm、9 mm和12 mm的四种风冷散热结构,应用工程估算和CFD方法对不同风速下散热效果进行对比分析,搭建实验平台开展地面试验验证。结果表明,在桨毂上增加散热肋片能够有效提高散热效率,壁面温升可降低至无肋片模型的74%、55%、44%、35%;对于轴向风冷,肋片能显著强化散热,但是存在温度不均的问题。工程估算和CFD方法对电机的带肋表面风冷散热分析有较好的精度,可用于涵道风扇电机的温升预示,为涵道风扇推进系统的使用提供依据。根据分析结果提出了高功率密度电机强化散热的研究方向。

车用驱动电机新型组合冷却方案的设计与应用

为满足汽车电气化对驱动电机高功率密度的需求,设计了一种机壳水冷与内循环油冷组合的新型冷却方案。对采用该冷却方案的电机关键零部件进行结构设计,并试制了试验样机。通过温升试验,确定了冷却油量,并验证了新型冷却方案在冷却效果及功率密度提升方面的有效性。

基于电热效应的带状制冷结构的模拟研究

提出了一种基于电热效应的带状电热模块的模块化固体制冷装置。在该装置中,由电热材料P(VDF-TrFE-CFE)三元聚合物制成带状电热模块,在驱动轮带动下依次通过电极、热端蓄热器、冷端蓄热器实现电热效应的4个阶段,实现连续供冷。利用数值模拟对该结构的一个制冷单元进行了研究,研究了电热模块的极化时间、长度、运动速度、温度跨度以及所施加的电场强度的影响。研究结果表明:电热模块的极化时间对获得稳定的制冷功率密度(CPD)至关重要。CPD随着电热模块长度的增大而增大,随着其运动速度的增大而增大,随着两端温度跨度的增加而减小,并且与电场强度表现出很强的正相关性。另外,不同电场强度下存在最佳的COP/COPc值。在温度跨度为3 K、电场强度为160 MV/m的情况下,该制冷单元的CPD达到了6.61 W/cm^(2)。

蒸发冷却技术在高频大功率变压器中的应用研究

电力系统电力电子设备能耗日益提升,对电力电子变换器的高频大功率变压器功率密度提出更高要求,对大功率变压器的散热提出了更大挑战.以电力电子变压器产品为例,建立170 kVA高频大功率变压器模型,明确了常规风冷散热方式下变压器温升过高的关键问题,设计U型蒸发器为换热元件,利用常温自循环蒸发冷却实现变压器的良好散热,分析了变压器系统的传热过程.根据U型蒸发器的散热功率,仿真验证了引入U型蒸发器后,变压器磁芯的散热问题得到解决.整个蒸发器内部温度分布较为均匀,验证了蒸发冷却中相变过程的均温性.最后,给出了电力电子变压器样机实验结果,验证了蒸发冷却变压器散热效果.

新型强迫风冷散热结构在高功率密度外转子表贴式PMSM上应用分析

全电动飞机用高功率密度外转子永磁同步电机的损耗主要集中在定子铁心和绕组上,导致传统的强迫风冷方式难以将热量通过机壳、端盖传递到外界。为此,首先,该文提出一种基于热管技术的高性能冷却系统,此冷却系统充分利用热管高导热性能,将热管一端插入定子铁心轭部,另一端连接相应的冷却结构进行散热,并综合对比分析了三种不同散热器结构的散热能力。在此基础上,搭建实验测试平台,对所提出冷却系统的散热能力和平均散热系数进行实验测试。其次,为了提高电机的功率密度,采用单齿铁心绕线工艺,降低了绕组铜耗和质量,并对单齿绕线方式下直流铜耗进行解析建模。最后,设计、制作一台22极24槽全电的飞机用外转子表贴式永磁同步电机(SPMSM),测试样机在不同飞行工况下的温升分布情况,验证了所提出冷却系统的有效性。

高功率密度电机冷却系统研究

针对高功率密度电机在特殊工况下冷却系统的运行特点进行了研究。采用有限元分析软件针对优化后电机冷却系统的流场、压力场和温度场进行了计算分析,并对分析结果进行了验证,我们发现优化后的冷却系统与普通的冷却系统的风路结构形式相比,冷却效果更加优异,电机内部的温度分布更加均匀,可有效的延长电机的使用寿命。通过对高功率密度电机的冷却系统的优化设计研究,为该型特种电机的研发提供了有效的技术支撑。

基于热仿真的模块散热结构设计及优化

以某一功率放大模块为研究对象,设计了1种常规散热结构和3种优化结构。基于热仿真技术,在相同的风机、初始条件和边界条件下,分别对4种散热结构进行数值仿真。仿真结果表明:优化模块结构可以降低模块内部的热阻和模块底面的热流密度,优化散热器结构可以提高散热器的对流传热系数。2种优化方式都可以降低热源温度,并且2种方式结合后散热效果最优。

电动汽车用高功率密度电机关键技术

首先介绍了高功率密度电机的运行特点,并结合电动汽车用笼型异步电机和永磁同步电机两种高功率密度电机,分别从电磁设计、机械工艺和冷却方式三方面进行了分析和设计。最后结合电机试验,对提出的改进措施进行了验证。文中提出的设计工艺可为电机设计者提供很好的参考价值。

应用CFD流固耦合热分析车用高功率密度电机的水冷系统

针对高功率密度电机功率大、体积小的特点,通过综合选择水冷系统平衡电机的热量,保证高功率密度电机的散热。利用计算流体动力学(CFD)和热场比较轴向型、周向型、螺旋型3种水冷方式,从流速、冷却效果、水泵功率、温度分布及工艺等多方面综合比较并选择最优水路结构——螺旋型水路,并应用此水路作为高功率密度电机的机壳内部水冷方式。传统电机的电流密度为5.0 A/mm2,通过采用螺旋型水冷系统、优化电机磁路结构和对材料的特殊设计,同样的温升可使电流密度增至10.0 A/mm2。这样在电机体积和重量基本不变的情况下可使电机的功率提高1倍,达到设计高功率密度电机的目标。最后,通过红外热成像仪的温度测试验证螺旋型水路应用CFD流固耦合温度场分布的一致性。

冷却介质对低密度聚乙烯空间电荷输运特性的影响

低密度聚乙烯是高压电力电缆的主要绝缘材料,空间电荷被认为是影响电力电缆绝缘安全可靠性的关键因素之一。为此,选用冰水、空气和硅油3种不同冷却方式对聚乙烯试品进行淬火处理,采用电声脉冲法测量系统对聚乙烯试品中空间电荷的消散特性进行了测试,并结合阶梯式升压试验测定空间电荷阈值场强,根据空间电荷限制电流理论推导出总电荷量与电荷迁移率,采用差示扫描量热法分析了试样的结晶度和晶粒尺寸均匀性。试验与分析结果表明:硅油冷却聚乙烯电荷视在迁移率大于冰水、空气冷却试样;3种试样中,硅油冷却聚乙烯结晶度较高,晶粒尺寸分布较均匀,阈值场强较高,而冰水冷却聚乙烯结晶度、晶粒分布均匀性与阈值场强较低。

自然通风湿式冷却塔空气动力场数值分析

对电厂自然通风逆流式双曲线冷却塔内的空气动力场进行了数值分析,并利用PHOENICS计算平台进行了数值模拟。分析结果认为:冷却塔无风运行时,塔内形成负压,压力沿塔高逐渐升高;塔内流场呈轴对称分布时,塔内周向分布均匀,中心流速最大。由于冷却塔的冷却能力受环境的影响很大,还对淋水密度、环境温度、阻力变化等各种变工况进行了计算与比较,发现入塔水温与淋水密度对塔内流场的影响基本相当。

高功率密度柴油机铝活塞材料与铸造技术

针对高功率密度柴油机铝活塞性能需求,开发了新型WR004A过共晶活塞铝合金,采用挤压铸造工艺和磷变质处理,合金力学性能有显著提高;采用专用机械液体粉碎装置对Al2O3纤维进行预处理,采用真空过滤方法制作预制件,使用加铜管保护的可溶盐芯预制件,以上技术手段的采用,解决了挤压铸造工艺条件下活塞环槽部位铝基复合材料和内冷油腔成形工艺难题。

火/核电厂冷却水试验研究50年的进展和体验

本文对我院50年持续对火/核电厂冷却水问题试验研究作了一个专业性的历史回顾。共分3部分。第1部分简述了此专业研究从无到有的大致发展过程。第2部分是本文的主体,分(1)模型试验相似性;(2)工程布置优化;(3)数模及一些重要参数的基本研究;(4)冷却塔,概述了历年提出的一些创新性概念、方法,以及其在工程研究中的实际应用。第3部分是多年研究和社会实践的一些体验,包括对专业今后发展的期望。

高功率密度蒸发冷却ECR离子源磁体线圈研制

针对高功率密度ECR离子源磁体线圈高压水冷系统压力高、运行维护复杂、冷却能力受限等缺点,提出一种采用自循环蒸发冷却技术的ECR离子源磁体线圈。结合ECR离子源磁体线圈布局结构和运行可靠性要求高的特点,设计基于自循环蒸发冷却原理的高功率密度磁体线圈结构型式,该磁体线圈由饼式单元线圈阵列组成,单元线圈间设置垂直冷却通道,蒸发冷却介质在线圈热量的驱动下沿垂直通道自动流动。按照LECR-DRAGON磁体线圈的参数指标,建立蒸发冷却磁体线圈验证模型,实验结果表明,饼式单元线圈配合垂直冷却通道设计的磁体线圈结构,能够实现窗口电流密度12A/mm^2的负荷要求,并保持长期稳定可靠运行,满足工程实用的需要。

矿用自卸车电动轮冷却系统研究

新型铰接式矿用自卸汽车的驱动电动机采用定子外水冷系统进行冷却。为了对比轴向和周向2种冷却结构的散热效果,针对这2种冷却水套结构,进行散热性能的热力计算,并利用有限元法对温度场及流场进行模拟。最后对样机进行温升实验,表明周向水冷系统可有效地带走电动机产生的热量,传热模型可以有效地反应实际传热过程。

气化炉内气体穿越液池过程压力波动特性

采用欧拉模型对室内合成气穿越液池的非定常流动过程进行了数值模拟。在分析气液两相流动特性的基础上，获得压力波动信号，通过快速傅里叶变换，分析了气流速度及静态液位对室内压力波动特性的影响，并将计算结果与文献实验值进行了对比，数值模拟结果与实验值一致。研究表明，洗涤冷却室内压力波动呈周期性变化。随着气流速度及静态液位高度的增加，压力波动幅度增大，主频能量提高，频率改变不明显，主要集中在3～4Hz。气流速度对压力波动的影响较静态液位显著。

数据中心冷却失效引起的机房温升研究

总结了对数据中心冷却失效引起的温升研究成果,并进行了基本结论的推导,给出了数据中心传热模型的描述方程式。应用6SigmaDC软件对一个100m^2的数据机房进行了3D建模和CFD仿真,模拟其冷却失效后的机房温升情况。基本结论为:数据中心的冷却失效时间必须与数据中心的电源后备时间匹配,否则需设计专门的蓄冷装置做一定时间(一般为15min)的冷源备份;在功率密度小于10kW/机柜时,数据中心冷却失效后引起的温升速率与功率密度基本呈线性关系;数据中心冷却失效引起的温升在平均进风温度达到80℃前,温升速率基本恒定。

自励式车桥缓速器制动性能

针对传统电涡流缓速器制动力矩热衰退严重,液力缓速器结构复杂、价格高以及拖挂车辆缓速器安装位置的特殊性,提出了一种自励式车桥电磁液冷缓速器.研究了自励式车桥缓速器的结构特点和工作原理,利用电磁学原理推导出缓速器气隙磁密和制动力矩的公式,建立制动系统和发电系统的数学分析模型,对制动系统的磁路和发电系统的性能进行分析.设计了2000 N·m自励式车桥缓速器的三维模型,利用有限元法对其电磁场分布、制动力矩和发电特性等进行瞬态仿真分析,得出影响制动力矩和发电性能的相关因素.最后对自励式车桥缓速器样机进行台架试验,对缓速器样机制动特性和发电特性进行测试,并将测试结果与理论计算结果进行对比,得出测试结果与理论计算结果误差在6%以内;在车桥缓速器转速为1000 r/min时,制动力矩达到2000 N·m,工作20 min后,制动力矩为1580 N·m,下降了20.8%,满足重型车辆的要求;在转速为1000 r/min时,发电机负载电流达到90 A,满足供电需求,证明自励式车桥缓速器设计合理,满足车辆制动要求.

大功率变流器冷却技术及其进展

随着电子模块功率密度的不断增加,寻找一种经济有效的散热方法受到日益广泛的关注。文章论述了电力电子装置变流器冷却的基本原理、技术进展,以及分析方法。