基于COMSOL的非公路矿车发电机双风机冷却匹配的分析与.PDFVIP

基于COMSOL 的非公路矿车发电机 双风机冷却匹配的分析与模拟 吴 荻，申焱华 北京科技大学机械工程学院，北京，100083 摘要：本文建立了非公路矿用自卸车大功率发电机的自通风冷却模型。考虑到矿用自卸车 的空间布置限制，发电机和后桥轮边电机的冷却风由同一个进风道提供。由于受发电机风机 和后风道风机的共同作用，冷却空气从前风道进入后分成两部分，分别冷却发电机和后桥轮 边电机。两个风机的风速匹配问题对发电机的冷却效果有直接影响。发电机的冷却问题是典 型的多物理场耦合问题，主要包含了流场和传热。本文基于COMSOL模拟了双风机匹配下 发电机的冷却效果。 关键词：非公路矿车，发电机，散热，双风机匹配，COMSOL Abstract : The paper describes a model of self-ventilated generator cooling on the off-road mine dump truck. Considering the space restrictions of mine dump truck, the cooling systems for the generator and the in-wheel motors of the rear axle share one air inlet duct. With the action of generator fan and rear duct fan, cooling air from the inlet duct will be divided into two parts to cool the generator and the in-wheel motors of the rear axle, respectively. Whether the air speeds of two fans match will have a great effect on the cooling performance. To design the cooling system of generator is a typical multiphysics problem, involving flow field, thermal field and so on. Here the cooling performance of the fans’conditions interaction is simulated by using COMSOL. Key words: Off-road mine truck; Generator; Cooling; Air speed match of two fans; COMSOL 1 概述 电传动技术由于结构简单且传动效率高等优点，在大型矿用自卸车上得到了越来越广泛 的应用。随着发电机的功率不断增大，散热问题成为车辆整体设计中的重要环节。发电机的 热分析方法主要分为：热参数法、等效热路法和有限元分析法。热参数法采用叠加原理计算 各热源单独存在时被研究元件的温升之和，多用于小型直流电机的计算。基于热网络理论的 分析法在初步分析中很有效。但是为了获得更高的精度，在建立热回路时需要建立更多的节 点，这大大增加了计算量 【1】。同时在电机处于不同工况时，计算节点的温度变化也是很困 难的。计算机数值解法主要有两类, 一类是以等效热路法为基础的热网络法,计算较为繁琐， 主要用于中小型旋转电机的校核计算；另一类就是以计算传热学为基础的数值计算方法。【2】 建立了3维电机模型，利用有限元软件计计算了热场和电磁场耦合时的情况。【3】中用有限 元方法模拟了封闭式风冷电机的温升，并在不同工况下和实验数据进行了对比。【4】中考虑 了离心风机对电机的冷却效果，计算了电机内部的温度分布以及风机叶片处的流场分布。【5】 中计算出表面散热系数代入温度场进行计算。尽管数值方法在计算中有更高的精度和适应性 【6】，但是在应用中通常需要对复杂的电机形状进行简化以便减少计算量。 为了限制发电机内部的温升，常见的冷却方式有自然冷却、自通风冷却、强迫通风冷却 以及液体冷却等。虽然液体冷却的效果普遍优于风冷，但是从结构的复杂性和实现的难易程 度来看，风冷比液体冷却有着结构简单，实现容易和可靠性高等优点，同时为了便于发电机 风扇的驱