永磁調速器的冷卻技術研究.pdf

1、永磁調速器因其結構簡單、高效節(jié)能、綠色環(huán)保、有效隔離震動等優(yōu)點廣泛用于泵、離心風機等旋轉機械設備的調速傳動。但是在運行時由于渦流損耗和轉差損失會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，進而影響永磁調速器的性能。目前針對永磁調速器的研究主要集中在對其電磁場特性、節(jié)能效果分析等方面，對其溫度場分布以及冷卻技術的研究還鮮有見到。
　　本文應用計算流體力學方法，針對結構因素對永磁調速器內空氣流場及溫度場的影響進行了數(shù)

2、值模擬。運用ANSYS Workbench中的Design Modeler模塊建立永磁調速器的模型，并借助ANSYS Fluent軟件對其內流場進行數(shù)值模擬。對原模型的模擬結果表明:在原模型內存在一定范圍的流體滯流死區(qū)，由于空氣粘性較小，只有靠近轉子壁面的空氣隨轉子高速旋轉;導體轉子和永磁轉子包圍的中心區(qū)域內的空氣只在該區(qū)域內部做低速旋轉而不能有效流出進行對流換熱;進出口總流量只有0.57kg/s，此時主要以空氣的導熱作用為主，永磁調速

3、器內永磁體的最高溫度高達120.2℃。
　　為了強化傳熱，提高永磁調速器的冷卻效果，在兩轉子側面端蓋上添加葉片，一方面帶動空氣流動，以增強對流傳熱，另一方面可以增大傳熱面積，降低傳熱熱阻，達到強化冷卻的目的。為了研究葉片數(shù)量和結構對流場和溫度場的影響，分別構建了13個不同葉片數(shù)量和11個不同葉片角度的永磁調速器物理模型，進行計算流體力學數(shù)值模擬，并與原結構的數(shù)值模擬結果進行對比研究，結果表明:在兩側各添加10個與端蓋夾角為60。的

4、葉片時，風罩內的空氣流速提高，湍動程度加劇，進出永磁調速器的流量增加到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流，存在一定流體滯流死區(qū);為了增強中心區(qū)域高溫空氣與外圍低溫空氣有效對流，在葉片之間開通窗口，提供一個空氣進出中心區(qū)域的通道，根據(jù)數(shù)值模擬結果可以看出優(yōu)化后進出口流量提高到2.37kg/s，永磁體溫度降低至73.3℃，比之前

5、的結構降低了36.3℃，冷卻效果顯著。
　　出于同樣的目的，在永磁調速器外圓周方向增加翅片冷卻結構，以增大傳熱面積，降低熱阻強化冷卻效果。分別建立了6個具有不同翅片高度的永磁調速器模型并對其進行數(shù)值模擬，結果表明:添加高度為20mm的散熱翅片后，風罩流道內的氣體流速明顯提高，湍動程度增加，流體滯流死區(qū)明顯減少;進出口總流量提高到2.07kg/s，但是由于兩轉子之間的氣隙很小，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速器

6、的散熱面積，增強了外圍區(qū)域的強制對流效果，永磁體的溫度比原模型下降了19.52℃，冷卻效果有限;通過對兩轉子外圓周面上冷卻結構進行開孔優(yōu)化，可以提供一個高溫氣體流出的通道，模擬結果顯示:開孔后流體滯流死區(qū)范圍降至極低，進出口流量達到2.26kg/s，中心區(qū)域的高溫空氣可以通過開孔流出進行對流換熱，永磁體的溫度降低至72.62℃，具有良好的冷卻效果。
　　為了確定永磁調速器的整體最優(yōu)冷卻結構以達到最佳降溫效果，將側面優(yōu)化冷卻結構和外

7、圓周優(yōu)化冷卻結構融合在一起進行數(shù)值模擬，結果表明:該冷卻結構使得整個永磁調速器的進出口流量提高到2.92kg/s，遠大于原模型的0.57kg/s，比單一方向的冷卻結構也均有一定提升;永磁體的最高溫度降低至56.18℃，遠低于原模型的120.2℃，比單一方向冷卻結構也具有明顯的下降。
　　本文用數(shù)值模擬的方法研究永磁調速器內流場及溫度場的分布狀況，得到永磁體的溫升最高點，便于通過改進冷卻結構的方法強化其冷卻效果，有效降低永磁體的最高