电机机壳流体仿真分析报告..docx

电机机壳流体仿真分析报告项目：XXXX日期：2013.10.11目录一、分析目的3二、几何模型3三、有限元模型33.1 材料33.2 机壳流体分析模型43.3 流体分析的边界条件43.4 静力分析模型43.5 静力分析的边界条件5四、机壳流体分析及优化设计54.1 分析结果54.2 优化分析及设计74.2.1 设计变量74.2.2 实验设计84.2.3 灵敏度分析84.2.4 优化分析结论10五、静力分析及优化设计105.1 分析结果105.2 优化分析及设计115.2.1 设计变量115.2.2 实验设计125.3分析及优化结论12六、优化意见12分析目的1、在不同入口流速，及电机定子发热量的条件下，分析水冷却系统的水阻（入口和出口的压力差），电机机壳的温度场分布。2、考察皮带轮在轴向不同安装位置，受径向力作用下，其对系统应力和变形的影响，以及主受力轴承的支反力。几何模型电机壳体几何模型由机构组于2013.10.9号提供。分析模型包括机壳、水体模型及两端的密封端盖。对几何模型做简化，去掉小圆角和倒角等小特征，简化后的模型如图2.1所示： 图2.1 几何模型有限元模型3.1 材料表3.1为系统中各个零件的材料属性：流体分析时，机壳和端盖的材料选择系统中默认的铝材。表 3.1 材料属性零件材料杨氏模量Mpa泊松比密度Kg/mm3热膨胀系数/ ℃1机壳铝合金----2水体-----3端盖铸铝----3.2 机壳流体分析模型流体分析的有限元模型如图3.1所示，采用边界层网格。图3.1 流体分析有限元模型3.3 流体分析的边界条件冷却水流量6L/min（转化为流量为0.1Kg/s），冷却水入口温度105度，电机定子发热按3.6kwX（1-85%）=0.54kw（转化为定子与机壳接触面的热流密度为17061W/m2），出口相对大气压为0.0 Pa。如图3.2所示。 图3.2 流体分析边界条件3.4 静力分析模型接触类型都为绑定，如图3.3所示。图3.3 静力分析有限元模型3.5 静力分析的边界条件约束两轴承外圈所有自由度。在皮带轮上施加负Y向3500N的轴承力。如图3.4所示。图3.4 静力分析边界条件机壳流体分析及优化设计4.1 分析结果冷却水流量为0.1Kg/s，入口温度105度，定子与机壳接触面的热流密度为17061W/m2，出口相对大气压为0.0 Pa。经初步估算，入口处流体的雷诺数Re=3000（大于2000），取流体模型为湍流。流体分析结果如下图4.1-4.4所示：图4.1为冷却水的速度矢量云图，图4.2为冷却水的速度流线图。水路中有较多接近于90°的直角，在每个直角处有涡流回旋区域的产生；漩涡区对流动均造成了障碍，导致冷却水压力损失较大，也很难把热量带走；主流区域均在1m/s左右，利于电机的散热。图4.1 速度矢量云图图4.2 速度流线图图4.3为冷却水的压力云图，入口相对大气压为6856Pa，出口相对压力为-720Pa，压力差为7576Pa（压力损失）。图4.3 冷却水压力云图图4.4为整体的温度场云图，最大温度为109℃，最低温度为105℃，温差为4℃。图4.4 整体温度云图4.2 优化分析及设计4.2.1 设计变量为了分析冷却水入口流速、定子热流密度对水道压力损失和整体温度场的影响，把入口流速、定子热流密度设置为输入变量，其变化范围分别为：入口流速：最小值为0.06kg/s （3.6 L/min），最大值为0.15kg/s (9 L/min)，初始值为0.1kg/s（6L/min）。热流密度：最小值为15000 W/m2，最大值为20000 W/m2，初始值为17061 W/m2（0.54kw）。输出变量为压力损失Pmax和整体最大温度Tmax。其中，压力损失Pmax：Pmax = 最大压力P1– 最小压力 P2。4.2.2 实验设计研究多个设计变量产生变化，且将多个设计变量的取值组成组，研究在设计变量取不同的可能组合时目标函数的取值情况。表4.1为入口流速、定子热流密度等变量取不同组合时，压力损失Pmax和最大温度Tmax的取值情况:表 4.1 实验设计4.2.3 灵敏度分析冷却水入口流速、定子热流密度对压力损失Pmax和最大温度Tmax的灵敏度如图4.5-4.7所示：入口流速对压力损失Pmax和最大温度Tmax的影响如图4.5-4.6所示：图4.5 入口流速VS压力损失（为拟合曲线）图4.6 入口流速VS最大温度热流密度对最大温度Tmax的影响如图4.7所示：图4.7 热流密度VS最大温度4.2.4 优化分析结论基于上图4.5-4.7所分析的结果，压力损失与入口流速接近成正比关系。静力分析及优化设计5.1 分析结果约束两轴承外圈所有自由度。在皮带轮上施加负Y向3