混凝土坝渗流场与稳定温度场耦合分析的数学模型

混凝土坝中的渗透水流通过参与热量传递与交换而影响坝体温度场的分布,坝体温度场又影响渗透水流及混凝土的渗系数。本文从理论上分析了混凝土坝渗流场与稳定温度场相互影响、相互作用的机理,提出了混凝土坝渗流场与稳定温度场耦合分析的连续介质数学模型,讨论了该数学模型的有限元解方法,并给出了工程应用实例。     

基于多物理场耦合的高压电抗器温度场仿真与分析

为研究干式空心电抗器整体及包封内部各层绕组温度分布特性,根据电磁热流多物理场耦合方法,建立了干式空心电抗器电磁-流体-温度三维温升计算模型。首先,基于场-路耦合的电磁学理论,采用有限元法求取电抗器各层电流,计算各层绕组损耗。然后,基于流体-温度耦合的传热理论,以各层绕组损耗为热源,采用有限体积法求解电抗器温度分布。最后,采用稳态热学分析法验证了结果的准确性。研究结果表明:电抗器温度分布呈现上区域大于下区域、中间包封大于两侧包封的变化趋势,各层绕组温升热点位于电抗器轴向高度约85%到90%。研究结果为电抗器结构优化、温度的在线监测提供了理论依据。     

基于耦合场的大型同步发电机定子温度场的数值计算

根据流体力学理论，建立了定子径向通风沟内流体运动微分方程，给出了二维流体场的求解域和边界条件并且进行了计算和分析，对入口风速不同时径向通风沟内流场的分布进行了比较。同时在流体场计算的基础上计算了径向通风沟内各风壁的散热系数，建立了定子三维温度场的数学模型和物理模型，对定子三维温度场进行了计算，将考虑流场具体分布时的计算结果与传统的温度场计算结果及解析法计算的结果和实测值进行比较，得出了一些有益的结论，说明了该方法的准确性。     

场路耦合在永磁电机计算中的应用

介绍了永磁同步电机电磁计算的两种常用方法,并指出了各自的优、缺点.提出了将场和路的计算方法结合起来,对永磁同步电机进行耦合分析的方法.并对这个方法进行了理论表述和算例验证,证明该方法的正确性和实用性.     

高速永磁电机流体场与温度场的计算分析

为了研究中小型高速永磁电机内部流体场与温度场分布规律,以一台15k W,30000r/min内置式高速永磁电机为例,基于计算流体力学和传热学理论建立了三维流体场与温度场的物理模型,应用有限体积法对流体场与温度场进行耦合计算,得到了电机内空气的流动特性与各部件的温度分布规律。针对高速电机运行时转子表面空气摩擦损耗大的问题,基于所建立的3D流体场模型,分析了转子转速、转子表面粗糙度对空气摩擦损耗的影响。研究结果表明,高速永磁电机端腔空气的流动性差,加之空气摩擦损耗的影响,导致转子温升较高,且转子转速、转子表面粗糙度对空气摩擦损耗有着重要影响。     

潜油电机整体三维温度场耦合计算与分析

为了研究井下工作的潜油电机各个部件温度分布情况,考虑潜油电机特殊的结构建立了包括电机定转子、扶正轴承、隔磁段、轴向范围内的气隙间润滑油、机壳以及机壳外流动原油在内的整体三维模型,依据数值传热学及流体力学相关理论,根据电磁计算求解得出YQY-143系列40kW电机的热源,采用有限体积方法利用耦合传热边界条件求解该电机的三维稳态温度场,得到电机整体的温度分布云图,并分别提取电机各部分最高温度。将计算结果与利用有限元方法所得计算结果进行对比分析,对比结果表明两种方法计算所得电机各部分温度相一致,证明计算方法及结果准确性。电机各部分最高温度值符合该系列电机绝缘等级的要求。     

汽轮发电机定子流体场和温度场耦合计算与分析

掌握汽轮发电机中的温度分布对电机冷却系统的优化设计和可靠运行都是非常必要的。在水氢氢冷却的大型汽轮发电机中,存在两种冷却介质和两套冷却系统,其流体流动与传热较复杂。根据其冷却系统内流体流动与传热的特点,建立了定子整个轴向长度范围内流体流动与传热耦合计算的物理模型和数学模型,采用有限体积法对流体场和温度场进行耦合计算,得到了定子本体中详细的温度分布数值及过热点的位置,给出了流体的速度分布图以及定子各部分的温度分布图。详细分析了氢气、冷却水、定子铁心、定子绕组等各部分的温度分布情况。将耦合场计算结果与现场实测数据进行比较,表明了模型和计算方法的正确性。其结论可对水氢氢冷却汽轮发电机的冷却系统设计与实际运行提供理论依据。     

高速永磁电机转子护套张力缠绕激光加热成型过程多物理场耦合分析

随着舰船综合电力系统对电机转速和功率需求的不断增大,传统非导磁金属材料已难以满足大功率高速永磁电机护套机械强度要求,热塑性复合材料强度高、涡流损耗小、护套厚度也远小于金属护套,具有良好的发展前景。该文通过建立热塑性复合材料(T700/PEEK)激光加热成型过程三维温度-流体-运动多物理场耦合分析模型,考虑热塑性树脂熔化相变过程,提出预浸带截面运动速度+力学载荷边界结合局部圆柱坐标系的方法,解决了大张力载荷预浸带缠绕等效模拟难题,实现了考虑材料非线性的大张力缠绕高速电机转子复合材料护套成型工艺过程的多物理场耦合模拟。通过实验测试的温度与仿真结果对比,验证该文建立的多物理场耦合仿真模型的有效性。该研究所得结论对完善高速永磁电机转子复合材料护套张力缠绕工艺具有一定参考价值。     

大型电机定子三维流体场计算及其对温度场分布的影响

文中从计算流体力学理论出发，对大型电机定子通风结构进行分析，建立了定子径向通风沟内流体运动的微分方程，确定三维流体场的求解区域和边界条件，并进行了数值计算和分析，得到了径向通过沟内的三维流体场的分布。在流体场计算的基础上计算了径向通风沟内各壁面的散热系数，建立定子三维温度场的数学模型并进行计算。将基于三维流体场分析得到的定子温度分布与传统的温度场计算结果及解析法计算的结果和实测值进行比较，证实大型电机定子内流场与温度场存在较强的耦合关系。     

高速永磁电机的损耗计算与温度场分析

高速电机由于转速高和绕组电流频率高,单位体积定子的铁耗和铜耗、转子的高频涡流损耗和表面空气摩擦损耗,与具有常速的普通电机相比皆有较大的增加。同时,由于功率密度的增加和总体散热面积的减小,有效的散热和冷却方式是高速电机设计中的一个重要问题。本文基于磁场有限元和3D流体场分析,对高速永磁电机的基本电气损耗、高频附加损耗和转子空气摩擦损耗进行了分析,并以一台额定转速为60 000r/min的高速永磁电机为例,进行了高速电机损耗的计算及测试方法研究;基于流固耦合分析对高速永磁电机的温升进行了计算,通过对一台高速永磁电机温升计算值与实验结果的比较,验证了高速永磁电机温升计算方法的有效性。     

超导同步电动机温度场计算与分析

为判断高温超导电机超导体及永磁体运行的稳定性,准确计算电机内的温度场十分必要.以全超导样机热性能为研究对象,首先利用时步有限元方法建立二维正弦时变电磁场模型,得到了电机定转子损耗分布.根据传热学原理,通过数值分析给出定子表面散热系数的计算方法.然后计算分析高温超导电机的温度场.通过计算结果与实测数据的对比分析,验证所给...     

基于多物理场耦合的特高压并联电抗器振动噪声仿真分析与实验研究

为全面研究特高压并联电抗器振动噪声特性及预测大小,考虑电抗器振动噪声产生机理,建立了基于多物理场耦合的电磁-结构-噪声全过程仿真电抗器模型。基于场-路耦合的电磁学理论,采用虚位移原理计算了电抗器电磁力;基于电磁-结构耦合的动力学理论,以电磁力为载荷,求取电抗器振动特性与振动速度;基于结构-噪声耦合的声学理论,以电抗器振动速度为载荷,分析了电抗器噪声分布;通过实验验证了模型的准确性。研究结果表明:油箱表面振动信号可反映电抗器内部运行状态,送电瞬间电抗器从暂态过渡到稳态需1.5个电流周期,电抗器振动以100 Hz为主振频率,噪声集中于100 Hz为中心频率的1/3倍频带,最大噪声为83.2 dB。分析研究结果为电抗器的减振降噪提供了理论支持。     

油冷温度与流速对轮毂电机温度场研究

针对轮毂电机油冷散热方式热管理问题,通过多物理场耦合方法进行轮毂电机温度场液体温度与流速研究,建立电机模型并且分析电机损耗,进行流固耦合分析,仿真得到油内冷对电机温度与流速影响。结果表明油内冷冷却方式增大流速在一定程度上能够有效降低电机温度,但随着冷却液流速的逐渐增加,冷却液流速对电机的温度影响逐渐减小;冷却液温度对电机温度影响较大,随着冷却液温度的逐渐增加,电机温度随之增加。该文所研究油内冷流速与温度对轮毂电机温度影响,可为采用轮毂电机油冷冷却方式电动汽车提供参考。     

高真空工况下开关磁阻电机温度场分析

开关磁阻电机(SRM)因其拓扑结构简单、效率高、体积小等优点,可用于飞轮电池领域,而高真空工况下电机温度场的准确分析对飞轮系统的使用寿命和安全性能至关重要。以12/8 SRM为例搭建二维有限元分析模型,对各部件典型位置磁密进行分析,介绍了铁损的计算模型并通过有限元验证计算结果。进一步利用磁-热单向耦合方法对SRM高真空工况下的温度场分析,分析了电机各主要部件温度的分布规律,为飞轮电池用SRM的温度预估及散热设计提供参考依据。     

防爆型水冷电机内换热与温度场计算

采煤机电机安装空间严格受限,随着电机设计容量的提升,使单位体积损耗(发热率)增大.为了研究该类电机的发热与冷却问题,在对防爆型水冷电机的结构、材料以及换热机理进行分析的基础上,建立了防爆型水冷电机的传热数学物理模型.采用有限元法对电机定、转子及水套的温度场进行了计算与分析.通过计算结果与实测值对比,验证所建传热模型可以真实反映实际传热过程.分析计算结果表明电机定子最高温度点位于定子上层绕组近气隙侧;定子齿是热量传递的主要通道,热流密度最大;选用适当的冷却水流速,可以用最小的代价获取所需的冷却效果.研究结果可以为采煤机电机热控制和优化设计提供理论依据.     

一种表面-内置式永磁转子同步电机三维全域温度场分析

针对表面-内置式永磁转子同步电机(SIPMSM)具有结构紧凑和功率密度高的特点,准确计算SIPMSM各部件的温度分布非常重要。采用电磁场-温度场耦合分析的方法对SIPMSM的三维全域温度场进行计算。建立SIPMSM的电磁场和温度场有限元模型,分析在同步运行速度下负载和永磁体退磁对SIPMSM三维全域温度场的影响,也分析了在额定负载下运行速度对SIPMSM三维全域温度场的影响。通过仿真与实验结果的对比分析,验证了样机模型的合理性和计算结果的正确性。     

弓网系统滑动电接触瞬态温度场仿真研究

弓网系统瞬态温升会影响摩擦副的材料特性,进而加速系统磨耗。为减小弓网系统温度场引起的磨损,对其瞬态特性进行了研究。利用COMSOL Multiphysics软件建立了仿真模型,利用试验机,采用非接触式测温方法,验证了模型的有效性。对温度场瞬态过程进行仿真研究,结果表明,运行过程中,最高温度区由接触面逐渐转移至碳板内部,温度由接触区向四周呈递减趋势;在碳板接触区后端出现"高温拖尾"现象,拖尾长度随时间逐渐增大。上述研究结论对进一步研究滑板温度特性具有借鉴意义。     

起重机用外转子PMSM全域三维瞬态温度场数值计算与分析

本文提出了一种新型起重机用外转子永磁同步电机(PMSM),并建立起重机用PMSM的三维温度场数学模型;基于传热学理论基础,通过有限元法建立了在特殊结构下起重机用PMSM的三维瞬态温度场数学模型,给出求解区域内的基本假设及相应的边界条件,确定了电机各部分的导热系数及各表面的散热系数;根据电磁场计算,得出了电机的定子铁心损耗、绕组铜耗、转子涡流损耗与机械损耗等的热源分布;以采用S3工作制负载持续率40%的低速大转矩外转子起重机用PMSM为例,本电机在每10分钟内运行4分钟,停机或断能6分钟。运用有限元法对电机三维温度场进行了计算,分析了静态温度场参数化计算、瞬态温度场计算对电机温度场准确性的影响。通过样机试验与计算结果的对比,证明瞬态热源时变加载的科学性,并为特殊工况电机的温度场计算提供了参考依据。