赵明--答辩PPT演示文稿.pptx 19页

'环境条件下旋转圆板散热FLUENT模拟专业：热能与动力工程姓名：赵明指导教师：刘巍 主要内容：1.绪论2.计算流体力学及FLUENT简介3.案例分析4.旋转板模型建立及计算5.计算结果后处理及结果分析6.结论和展望环境条件下旋转圆板散热FLUENT模拟 1.绪论电动机是一种实现机、电能量转换的电磁装置，是一种旋转式的电动机器。它主要包括一个用以生产磁场的电磁铁绕组或分布的定子绕组和一个旋转电枢或转子。电动机是随着生产力的发展而发展的，反过来，电动机的发展也促进了社会生产力的提高。电动机已经应用在社会生活的各个方面。大到机床、电力机车，小到风扇、冰箱甚至电动机玩具。目前，我国电机产品虽然种类繁多，但效率普遍不高，严重存在“大马拉小车现象”，电机效率的提高刻不容缓。随着电动机在各行各业的普及，对电动机的技术要求也越来越高。环境条件下旋转圆板散热FLUENT模拟研究背景： 研究目的：电动机转子的散热情况关系到转子的寿命长短和电动机的运行安全与否。本课题主要是为了得到转子转速与散热的关系，以及转速对散热效果的影响，从而能够对电动机的设计、优化和生产提供相关的技术支持。环境条件下旋转圆板散热FLUENT模拟 2.计算流体力学（CFD）及FLUENT简介计算流体动力学是通过计算机数值计算和图象显示，对包含有流体流动和热传导等相关物理现象的系统所做的分析。CFD的基本思想可以归结为：把原来在时间域及空间域上连续的的物理量的场，如加速场和压力场，用一系列有限个离散点上的变量值的集合来代替，通过一定的原则和方式建立起这些离散点上场变量之间关系的代数方程组，然后求解代数方程组获得场变量的近似值。CFD简介：环境条件下旋转圆板散热FLUENT模拟 FLUENT简介：Fluent使用C语言写的，可实现动态内存分配及高效数据结构，具有极大的灵活性和很强的处理能力。它还提供了用户自定义子程序功能，可让用户自行定义连续方程、动量方程、能量方程，自定义边界条件初始条件、流体的物性等，这给特殊问题的处理带来了极大的方便。Fluent软件可以计算二维和三维流动计算问题，在计算过程中，网格可以自适应调整。Fluent可用于处理可压缩与不可压缩、牛顿流体及非牛顿流体、导热与对流换热耦合等问题。环境条件下旋转圆板散热FLUENT模拟 3.案例分析本案例以离心式水泵二维截面为例，旨在为旋转板的旋转提供相关的指导。这里将泵内流体分为两个部分，即随叶轮一起转动的部分和蜗壳内的非转动部分，就对应两个计算区域。采用相对参考系的方法求解包含转动区域的问题。环境条件下旋转圆板散热FLUENT模拟 该计算结果并不是很理想，由速度云图可以知道流体的阻力较大，流体并不能很好的通过出口，可能原因是网格建立的不够合理或设计参数不合理，有望通过重新划分网格，或改变蜗壳的设计参数（如：出口高度、蜗壳内壁表面粗糙度等），抑或改变叶片设计参数（如：叶片个数、叶片尺寸等）来使这种情况得以改善。GAMBIT模型：计算结果速度云图：结果分析：环境条件下旋转圆板散热FLUENT模拟 4.旋转板模型建立及计算（1）问题描述：a、分别模拟旋转铝板在转速为1500r/min和2000r/min时的温度和压力分布。b、周围空气为理想气体，采用3D分离式求解器，流动为湍流，按稳态问题处理，考虑换热。c、采用标准k-epsilon两方程模型，速度压力耦合方式采用SIMPLEC算法。d、各控制方程的离散格式均采用二阶迎风格式。环境条件下旋转圆板散热FLUENT模拟 （2）模型的建立：主视图左视图大圆柱体为无限大空间，小圆柱体为旋转铝板，其中旋转铝板直径为500mm，旋转铝板厚度为10mm，无限大空间直径为5000mm，无限大空间高度为2000mm;其中，大圆柱左侧为入口inlet,大圆柱右侧为出口outlet,大圆柱面为无限大空间壁面wall-1,小圆柱体壁面为旋转壁面wall-3。环境条件下旋转圆板散热FLUENT模拟 （3）边界条件的确定：a、大圆柱左侧入口inlet、右侧出口outlet以及大圆柱面wall-1均为压力远场（pressurefar-field）。b、小圆柱壁面wall-3为固体壁面（wall）。c、周围空气为理想气体。d、压力远场（pressurefar-field）的表压为0Pa，温度为30℃；固体壁面（wall）的温度为70℃,两次模拟的转速分别为1500r/min和2000r/min。环境条件下旋转圆板散热FLUENT模拟 5.计算结果后处理及结果分析（1）旋转板温度、压力特性分析a、N=1500/min时：温度云图压力云图环境条件下旋转圆板散热FLUENT模拟 b、N=2000r/min时：温度云图压力云图环境条件下旋转圆板散热FLUENT模拟 分析1：a、由温度云图可知，随着离旋转板距离的增加，周围空气的温度降低，直到等于环境温度，在旋转板顶端和两圆柱底面上等温线比较均匀，温度均匀变化，而在顶角处温度呈不规则变化。b、由压力云图可知，在旋转板附近，随着距离的增加，压力逐渐增加，达到一定值后，压力保持不变，直到快接近无限大空间壁面时，压力又开始逐渐增加；接近无限大空间壁面时压力的增加是因为壁面的阻扰作用，如果没有空间壁面的阻扰作用及其他因素的影响，可以预见压力达到一定值后将不会有明显的变化。c、对比温度云图分析可知：转速越快，旋转板表面温度变化越大，热量散发越快，散热越好。d、对比压力云图分析可知：转速越快，压力变化越大，变化越明显。e、综合温度和压力云图分析可知：转速越快，旋转板表面温度变化越大，热量散发越快，压力变化越大。环境条件下旋转圆板散热FLUENT模拟 （2）旋转板周围空气场的空气流量与总的传热功率的分析入口inlet出口outlet无限大空间壁面Wall-1旋转板壁面Wall-3净net质量流量（kg/s）-0.101965770.050237650.0492946150-0.002433505总的传热功率（W）-752.38774-64.829333-417.10882198.87357-1035.4523入口inlet出口outlet无限大空间壁面wall-1旋转板壁面Wall-3净net质量流量（kg/s）-0.15369643-0.286054710.4382106600.43821066总的传热功率（W）-1064.4828-1711.74371745.1743205.44168-825.61052a、N=1500r/min:b、N=2000r/min:环境条件下旋转圆板散热FLUENT模拟 分析2：a、转速增加，旋转板壁面的热量损失增加，即转速越快，散热越好。b、转速增加，流经入口、出口以及无限大空间壁面的质量流量相对增加（其中负号表示与流动方向相反），即转速越快，质量流量越大。c、转速增加，入口、出口、无限大空间壁面以及旋转板壁面上总的传热功率相应增加，即转速越大，总传热率越大，散热越快。环境条件下旋转圆板散热FLUENT模拟 6、结论和展望根据旋转板模型的模拟结果及分析可得出以下结论：a、按照要求在Gambit软件中建立了三维温度场的计算模型，并根据温度场特点，在模型的网格生成方面，采用了分区域划分网格的方法，靠近旋转板壁面的地方网格划分的尽可能密一些，而在远离旋转板壁面的地方网格可以疏一些。这样可以提高计算结果的准确性。b、将所建立的旋转板模型输入现在流行的商用专业CFD软件——Fluent中，采用标准的K-epsilon两方程湍流模型进行流体动力学数值模拟计算，通过旋转板周围温度和压力分布云图，分析旋转板周围流场特性。c、对比了转速1500r/min和2000r/min时的流场特性，从仿真计算的数据可知转速对流场的影响很大，转速的提高，使得质量流量的增加和散热效果的提高。d、计算模型网格划分和模型简化对计算结果有较大的影响，须进一步深入研究，以使仿真计算结果更准确地反映实际流动规律，为电动机转子的设计提供定量化参数，但是限于计算机条件和本人能力，我并没有完成此项工作，这也是今后努力的方向。1.结论环境条件下旋转圆板散热FLUENT模拟 2.展望基于多方面的理论、方法和技术的掌握程度，本模型还有许多新的问题需要解决，需要在理论和实际应用中不断积累和完善，在以下几个方面，还需要做进一步的研究和开发。a、论文只考虑了转动速度这一个影响因素，并未在内热源、旋转板材料等方面进行深入发掘。使得本模型只考虑了一些简单情况，如何应付复杂的散热情况还值得加强。可以进一步完善模型边界条件的设置，增加模型的完整性。b、该模型只考虑了旋转散热的基本情况，未对转速影响细节进行更为深入的研究，使得计算结果还不够准确。c、本模型在收敛性上还存在一些问题，不过都是预期可以解决的。d、理论知识在本模型的应用上还不够彻底，还有提高的余地。环境条件下旋转圆板散热FLUENT模拟 谢谢！'