純電動汽車驅(qū)動電機定子溫度場仿真與散熱優(yōu)化

【摘要】：作為純電動汽車的關(guān)鍵零部件，車用永磁同步電機具有體積小、功率密度高等特點，其發(fā)熱和散熱問題是電機設(shè)計過程中的關(guān)鍵問題之一。本文以一臺永磁同步驅(qū)動電機為研究對象，以提高電機散熱效率為目的，借助FLUENT分析軟件，對電機進行了定子溫度場仿真和散熱優(yōu)化。 本文按照“發(fā)熱功率計算—熱仿真—散熱優(yōu)化—仿真驗證”的思路對電機進行散熱優(yōu)化研究。首先采用公式法和樣機實驗數(shù)據(jù)結(jié)合的方法求出了樣機主要發(fā)熱部件的發(fā)熱功率，然后對繞組、鐵芯等復雜部件進行了等效和簡化，建立了定子熱仿真的有限元模型，仿真計算得到了電機定子在額定工況下的穩(wěn)態(tài)和瞬態(tài)溫度分布。經(jīng)過與溫升實驗數(shù)據(jù)的對比，驗證了仿真結(jié)果的準確性和有效性。采用仿真方法對三種不同的散熱水道結(jié)構(gòu)、不同的冷卻水流量進行了研究，得出平行水道和較高的流量有利于散熱。為了進一步對平行水道的結(jié)構(gòu)進行優(yōu)化，建立了水道的熱阻數(shù)學模型，通過求解目標函數(shù)最小值得到了最優(yōu)的水道高度和寬度。提出了一種增大電機水道散熱面積的方法，即在水道中設(shè)置三排散熱肋片，該方法將水道內(nèi)散熱面積提高了40.16%。最后對上述優(yōu)化結(jié)果進行了總結(jié)，得到了最終優(yōu)化方案，仿真結(jié)果顯示優(yōu)化后電機溫升降低了9.6%，優(yōu)化方案的有效性得到了驗證。 【關(guān)鍵詞】：電機 溫度場 仿真 優(yōu)化
【學位授予單位】：合肥工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2014
【分類號】：U469.72;TM303.3
【目錄】：

• 致謝7-8
• 摘要8-9
• Abstract9-10
• 目錄10-12
• 插圖清單12-14
• 表格清單14-15
• 第一章 緒論15-21
• 1.1 目的與意義15-16
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀16-19
• 1.2.1 電機熱分析研究現(xiàn)狀16-18
• 1.2.2 冷卻結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀18-19
• 1.3 本文的主要內(nèi)容19-20
• 1.4 本章總結(jié)20-21
• 第二章 電機的發(fā)熱與散熱21-30
• 2.1 電機內(nèi)熱交換的理論基礎(chǔ)21-24
• 2.1.1 電機內(nèi)熱交換的傳熱學基礎(chǔ)21-23
• 2.1.2 電機內(nèi)熱交換的流體力學基礎(chǔ)23-24
• 2.2 電機內(nèi)的熱傳遞24-27
• 2.2.1 電機的發(fā)熱與散熱概況24-26
• 2.2.2 電機的溫升限度26-27
• 2.3 電機的發(fā)熱功率計算27-29
• 2.3.1 電機的損耗分析27-28
• 2.3.2 繞組損耗計算28-29
• 2.3.3. 定子鐵芯損耗計算29
• 2.4 本章小結(jié)29-30
• 第三章 基于 CFD 的電機定子熱仿真30-51
• 3.1 流體和熱仿真基礎(chǔ)30-32
• 3.1.1 CFD 流固耦合計算基礎(chǔ)30-31
• 3.1.2 CFD 仿真過程31-32
• 3.2 樣機的結(jié)構(gòu)和基本參數(shù)32-33
• 3.3 模型的等效與簡化33-36
• 3.4 主要邊界參數(shù)計算36-38
• 3.4.1 外表面散熱系數(shù)36-37
• 3.4.2 生熱率37-38
• 3.5 網(wǎng)格生成和求解38-40
• 3.5.1 網(wǎng)格劃分38-39
• 3.5.2 Fluent 求解39-40
• 3.6 結(jié)果分析40-45
• 3.6.1 穩(wěn)態(tài)仿真結(jié)果40-42
• 3.6.2 瞬態(tài)仿真結(jié)果42-45
• 3.7 實驗驗證45-50
• 3.7.1 電機溫升實驗概述45-46
• 3.7.2 實驗設(shè)備46-47
• 3.7.3 實驗方法與結(jié)果47-49
• 3.7.4 誤差分析49-50
• 3.8 本章小結(jié)50-51
• 第四章 電機的冷卻系統(tǒng)優(yōu)化51-70
• 4.1 水道形式對電機溫升的影響研究51-55
• 4.1.1 水道結(jié)構(gòu)的不同形式51-52
• 4.1.2 水道內(nèi)湍流強制對流換熱數(shù)學模型52-55
• 4.1.3 不同水道形式的散熱性能對比55
• 4.2 冷卻水流量對電機溫升的影響研究55-57
• 4.2.1 流量對散熱的影響分析55-56
• 4.2.2 仿真結(jié)果56-57
• 4.2.3 流量的選擇57
• 4.3 水道截面參數(shù)的優(yōu)化57-63
• 4.3.1 水道熱阻數(shù)學模型57-60
• 4.3.2 目標函數(shù)與約束條件60
• 4.3.3 計算方法與結(jié)果60-63
• 4.4 關(guān)于對水道結(jié)構(gòu)進一步改進的討論63-66
• 4.4.1 增加散熱面積的的方法63-64
• 4.4.2 水道內(nèi)肋片的設(shè)計64-66
• 4.5 優(yōu)化方案和基于 Fluent 仿真的優(yōu)化結(jié)果分析66-69
• 4.6 本章小結(jié)69-70
• 第五章 總結(jié)與展望70-72
• 5.1 總結(jié)70
• 5.2 展望70-72
• 參考文獻72-75
• 攻讀碩士學位期間的學術(shù)活動及成果情況75-76

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