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对永磁调速器的封闭模型进行数值模拟

点击量:1991   日期:2019-06-17
图5-2 永磁调速器的封闭模型

永磁调速器的封闭模型如图5-2 所示,通过对永磁调速器的封闭模型进行数值模拟,永磁调速器在运行状态稳定的情况下,导体转子的转速为3000rpm,导体转子边缘的线速度达到129.5m/s,和导体转子接触的空气流体的流速最大,达到112.02m/s,如图5-3为永磁调速器原模型轴截面和横截面的速度矢量图,可见靠近导体转子壁面的空气流体的流速接近且小于导体转子的流速,说明模拟结果可靠性高。

图5-3 永磁调速器原模型轴截面和横截面的速度矢量图

      在数值模拟中,由于空气的粘性很小,所以导体转子在做高速旋转的情况下,只有与导体转子接触的空气流体随着导体转子做同向运动,而远离导体转子的的空气流体的转速迅速下降,如图5-4(为永磁调速器封闭模型的轴截面和横截面的速度云图)所示,由图可知,靠近导体转子的空气流体转速很高,且导体转子壁面到风罩壁面的空气流体流速梯度很大,导体转子和永磁转子与固体颗粒存在相对速度,故此时导体转子和永磁转子壁面不会积灰,但是远离导体转子的空气流体迅速降低,最终达到0m/s,导致永磁调速器内有大面积的空气流体滞留死区,外壳壁面积灰严重。此外导体转子和永磁转子之间只有3mm 的间隙,被风罩包围的中心区域只在内部做高速旋转运动,与外界空气交流很少,永磁调速器的空气流体的进出口量只0.57kg/s。

图5-4 永磁调速器原模型轴截面和横截面的速度云图
      根据对永磁调速器封闭模型的数值模拟,得出了永磁调速器轴截面和横截面的温度云图,

      如图5-5 所示,由图可知,由风罩所包含的永磁调速器内存在大量的空气流体滞留死区,所以积灰比较严重,而风罩内只有少量的空气流体在围绕永磁调速器的导体转子和永磁转子做旋转运动,且不能流出与风罩外围的空气流体进行对流,导致永磁调速器内部的灰尘不能被带出,热量不能被交换,以至于永磁调速器温度内部温度升高。永磁调速器内部空气流体平均流速过低,进出口流量很小,而且流场相对很稳定,永磁调速器内部空气流体与风罩外面的空气对流换热很少,主要以空气的导热作用为主,空气的导热系数很小,所以在靠近导体转子的空气流体温度较高,导体转子至风罩之间的空气流体温度梯度较大,温度快速降低,在风罩的进出口处空气温度与外界环境温度接近。此时永磁调速器的最高温度达130.5 度。

图5-5 永磁调速器轴截面和横截面的温度云图

      叶片对永磁调速器积灰的影响

      由上可知,永磁调速器内部的空气流体平均流速过小,只有靠近导体转子和永磁转子的空气流体围绕导体转子和永磁转子做同向旋转,被风罩包围的中心区域只在内部做高速旋转运动,存在空气流体滞留死区,与外界空气交流很少,此时永磁调速器的空气流体的进出口量只有0.57kg/s。只有少量的空气与风罩外面的流体形成对流换热,导致永磁调速器的永磁转子温度达130 度,此时,为了使风罩内的空气流体与风罩外的空气流体发生有效的对流,使得进出口流量增大,风罩内部无空气流体滞留死区,对永磁调速器的永磁转子和导体转子开窗口以及添加叶片,用以加大空气流体导入中心区域的动力,从而使得永磁调速器中心区域无滞留死区,导体转子和永磁转子的壁面上以及风罩壁面之内无积灰。