永磁調(diào)速器的冷卻技術(shù)研究.pdf

1、永磁調(diào)速器因其結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、高效節(jié)能、綠色環(huán)保、有效隔離震動(dòng)等優(yōu)點(diǎn)廣泛用于泵、離心風(fēng)機(jī)等旋轉(zhuǎn)機(jī)械設(shè)備的調(diào)速傳動(dòng)。但是在運(yùn)行時(shí)由于渦流損耗和轉(zhuǎn)差損失會(huì)以熱量的形式散失造成較高的溫升，使得永磁體的磁性降低乃至退磁，進(jìn)而影響永磁調(diào)速器的性能。目前針對(duì)永磁調(diào)速器的研究主要集中在對(duì)其電磁場(chǎng)特性、節(jié)能效果分析等方面，對(duì)其溫度場(chǎng)分布以及冷卻技術(shù)的研究還鮮有見到。
　　本文應(yīng)用計(jì)算流體力學(xué)方法，針對(duì)結(jié)構(gòu)因素對(duì)永磁調(diào)速器內(nèi)空氣流場(chǎng)及溫度場(chǎng)的影響進(jìn)行了數(shù)

2、值模擬。運(yùn)用ANSYS Workbench中的Design Modeler模塊建立永磁調(diào)速器的模型，并借助ANSYS Fluent軟件對(duì)其內(nèi)流場(chǎng)進(jìn)行數(shù)值模擬。對(duì)原模型的模擬結(jié)果表明:在原模型內(nèi)存在一定范圍的流體滯流死區(qū)，由于空氣粘性較小，只有靠近轉(zhuǎn)子壁面的空氣隨轉(zhuǎn)子高速旋轉(zhuǎn);導(dǎo)體轉(zhuǎn)子和永磁轉(zhuǎn)子包圍的中心區(qū)域內(nèi)的空氣只在該區(qū)域內(nèi)部做低速旋轉(zhuǎn)而不能有效流出進(jìn)行對(duì)流換熱;進(jìn)出口總流量只有0.57kg/s，此時(shí)主要以空氣的導(dǎo)熱作用為主，永磁調(diào)速

3、器內(nèi)永磁體的最高溫度高達(dá)120.2℃。
　　為了強(qiáng)化傳熱，提高永磁調(diào)速器的冷卻效果，在兩轉(zhuǎn)子側(cè)面端蓋上添加葉片，一方面帶動(dòng)空氣流動(dòng)，以增強(qiáng)對(duì)流傳熱，另一方面可以增大傳熱面積，降低傳熱熱阻，達(dá)到強(qiáng)化冷卻的目的。為了研究葉片數(shù)量和結(jié)構(gòu)對(duì)流場(chǎng)和溫度場(chǎng)的影響，分別構(gòu)建了13個(gè)不同葉片數(shù)量和11個(gè)不同葉片角度的永磁調(diào)速器物理模型，進(jìn)行計(jì)算流體力學(xué)數(shù)值模擬，并與原結(jié)構(gòu)的數(shù)值模擬結(jié)果進(jìn)行對(duì)比研究，結(jié)果表明:在兩側(cè)各添加10個(gè)與端蓋夾角為60。的

4、葉片時(shí)，風(fēng)罩內(nèi)的空氣流速提高，湍動(dòng)程度加劇，進(jìn)出永磁調(diào)速器的流量增加到1.28kg/s，最高溫升降至107.6℃，比原模型降低了12.6℃，具有一定冷卻效果;但是兩轉(zhuǎn)子包圍中心區(qū)域的高溫空氣仍不能與外圍低溫空氣有效對(duì)流，存在一定流體滯流死區(qū);為了增強(qiáng)中心區(qū)域高溫空氣與外圍低溫空氣有效對(duì)流，在葉片之間開通窗口，提供一個(gè)空氣進(jìn)出中心區(qū)域的通道，根據(jù)數(shù)值模擬結(jié)果可以看出優(yōu)化后進(jìn)出口流量提高到2.37kg/s，永磁體溫度降低至73.3℃，比之前

5、的結(jié)構(gòu)降低了36.3℃，冷卻效果顯著。
　　出于同樣的目的，在永磁調(diào)速器外圓周方向增加翅片冷卻結(jié)構(gòu)，以增大傳熱面積，降低熱阻強(qiáng)化冷卻效果。分別建立了6個(gè)具有不同翅片高度的永磁調(diào)速器模型并對(duì)其進(jìn)行數(shù)值模擬，結(jié)果表明:添加高度為20mm的散熱翅片后，風(fēng)罩流道內(nèi)的氣體流速明顯提高，湍動(dòng)程度增加，流體滯流死區(qū)明顯減少;進(jìn)出口總流量提高到2.07kg/s，但是由于兩轉(zhuǎn)子之間的氣隙很小，中心區(qū)域的高溫空氣幾乎不能流出，翅片只是提高了永磁調(diào)速器

6、的散熱面積，增強(qiáng)了外圍區(qū)域的強(qiáng)制對(duì)流效果，永磁體的溫度比原模型下降了19.52℃，冷卻效果有限;通過對(duì)兩轉(zhuǎn)子外圓周面上冷卻結(jié)構(gòu)進(jìn)行開孔優(yōu)化，可以提供一個(gè)高溫氣體流出的通道，模擬結(jié)果顯示:開孔后流體滯流死區(qū)范圍降至極低，進(jìn)出口流量達(dá)到2.26kg/s，中心區(qū)域的高溫空氣可以通過開孔流出進(jìn)行對(duì)流換熱，永磁體的溫度降低至72.62℃，具有良好的冷卻效果。
　　為了確定永磁調(diào)速器的整體最優(yōu)冷卻結(jié)構(gòu)以達(dá)到最佳降溫效果，將側(cè)面優(yōu)化冷卻結(jié)構(gòu)和外

7、圓周優(yōu)化冷卻結(jié)構(gòu)融合在一起進(jìn)行數(shù)值模擬，結(jié)果表明:該冷卻結(jié)構(gòu)使得整個(gè)永磁調(diào)速器的進(jìn)出口流量提高到2.92kg/s，遠(yuǎn)大于原模型的0.57kg/s，比單一方向的冷卻結(jié)構(gòu)也均有一定提升;永磁體的最高溫度降低至56.18℃，遠(yuǎn)低于原模型的120.2℃，比單一方向冷卻結(jié)構(gòu)也具有明顯的下降。
　　本文用數(shù)值模擬的方法研究永磁調(diào)速器內(nèi)流場(chǎng)及溫度場(chǎng)的分布狀況，得到永磁體的溫升最高點(diǎn)，便于通過改進(jìn)冷卻結(jié)構(gòu)的方法強(qiáng)化其冷卻效果，有效降低永磁體的最高