الخصائص الحرارية لمسارات التهوية على المحرك عالي الجهد

التحقق من الخصائص الحرارية لمسارات التهوية على المحرك عالي الجهد

عندما يدرك المحرك تحويل الطاقة الكهرو ميكانيكية في التشغيل الفعلي؛ فإنه سينتج عنه خسارة في داخله في نفس الوقت، كذلك لا يؤثر الخسارة على الكفاءة الكلية للمحرك فحسب؛ بل يزيد أيضاً من ارتفاع درجة حرارة المحرك الكهربائي.

كما ويؤثر على عمر خدمة مادة عزل المحرك ويحد من إخراج المحرك، لذلك من أجل تحسين التهوية وقدرة نقل الحرارة للمحرك؛ فقد قام العديد من مصممي المحركات في السنوات الأخيرة بعمل بحث مثمر حول تدفق السوائل والتأثير الحراري داخل المحرك.

فيما بعد تمت دراسة مروحة التدفق المحوري ذات الشفرات الهزيلة واستكشف أداء التبريد للجمع بين هيكل مقاومة التهوية ومروحة التدفق المحوري ذات الشفرة الضعيفة، كما تم تحليل مجال السوائل ثلاثي الأبعاد في القناة الدوارة لنظام تبريد المحرك الدوار بطريقة المحاكاة العددية، وبناءً على تحليل النتائج؛ فقد تم تحسين بنية القناة لتقليل فقد التدفق المغناطيسي.

كما وتمت دراسة فقدان الاحتكاك الجوي لدوار محرك مغناطيسي دائم عالي السرعة بناءً على نظرية تدفق السوائل، وكذلك تأثير سرعة الدوار وسرعة الرياح المحورية وهيكل فجوة الهواء وخشونة السطح للدوار على فقد احتكاك الرياح.

مما وفر أساساً لتقليل فقدان احتكاك الرياح، بحيث تم إنشاء شبكة حرارية ذات معطيات مجمعة ونموذج عنصر حراري ثابت ونموذج ديناميكيات السوائل الحسابية لمحرك متزامن مغناطيسي دائم لدراسة إمكانات وفعالية تبريد الزيت المباشر، كما وخلصت إلى أن طريقة ديناميكيات السوائل الحسابية، بحيث يمكن أن تحسب بدقة تأثير التبريد.

كما أجرى تحليلاً عددياً لتوزيع السوائل في توربينات الرياح الحثية باستخدام معرفة تدفق السوائل وتأثير عدد قنوات التهوية المحورية للدوار على التوزيع المنتظم للتدفق والسرعة في المحرك، كما تمت دراسة تدفق السوائل وانتقال الحرارة في نظام التهوية لدوار المولد الكهربائي وتحليل تأثير ثلاث حالات مختلفة على انتقال الحرارة للعضو الدوار.

كذلك تم تحسين مروحة “الطرد المركزي” للمحرك عالي الجهد الكهربائي، وإعطاء نتيجة التحسين للمروحة الخارجية ومنحناها المميز، بحيث تم توزيع درجة حرارة الجزء الثابت “للمولد الكهرومائي” بناءً على نموذج شبكة اقتران السوائل الحرارية، لذلك عوض النموذج عن عدم دقة بعض الشروط الحدودية عند حساب منطقة الجزء الثابت وتم توزيع درجة حرارة كل جزء من الجزء الثابت بالتفصيل.

لذلك تم تأسيس نموذجاً فيزيائياً لشبكة حرارية ثلاثية الأبعاد لمحرك مغناطيسي دائم متزامن (PMSM) مع نظام تبريد محوري قائم على قانون التوزيع غير المنتظم لدرجة حرارة السائل في نظام التبريد المحوري وحل التوزيع غير المتماثل لدرجة الحرارة في الاتجاه المحوري للمحرك ومقارنته بنتائج تحليل العناصر المحدودة، بحيث تأكدت دقة تحليل الشبكة الحرارية ثلاثية الأبعاد.

وباختصار؛ فقد كان البحث في مجال درجة الحرارة ومجال السوائل في المحركات الكبيرة والمتوسطة الحجم محاولة استكشافية إيجابية لتحليلها من قبل العلماء، وقد تراكمت بعض الخبرات القيمة من الممارسة والنظرية، ومع ذلك لا تزال هناك العديد من العيوب التي تستحق مزيداً من الدراسة؛ خاصة بالنسبة لأبحاث مجالات السوائل ودرجة الحرارة للمحركات الكبيرة التي تركز حالياً بشكل أساسي على الهيكل المحلي.

الدراسات المعنية بالخصائص الحرارية للمحركات عالية الجهد

لذلك إذا تمت دراسة مساحة المحرك بالكامل؛ فستتضمن قدراً كبيراً من الحسابات، وهو أمر يصعب تحقيقه، ولكن عندما يُنظر إلى الموقع المحلي للهيكل على أنه كائن بحث؛ فمن الصعب عموماً توفير شروط حدود المدخل أو افتراضها أو حلها بدقة من خلال خوارزمية، والتي لها تأثير معين على نتيجة التحليل ولها حدود.

كما يتم تقديم طريقة تعتمد على تركيبة الدائرة الميدانية في الورقة ومسارات التهوية الداخلية الكاملة للضاغط عالي الجهد متوسط ​​الحجم (YJKK500-4 2500) كيلو وات مقسم إلى أربع مناطق ضغط متساوية، وهي نهاية الجزء الثابت ونهاية ومروحة داخلية عن طريق الضغط بحجم.

حيث يتم تحديد الافتراضات الأساسية المعقولة والشروط الحدودية لربط كل منطقة، وبعد ذلك؛ فإنه يتم نمذجة وتحليل كل منطقة من مسارات التهوية الداخلية بواسطة آلية الحرارة والتدفق التآزرية وتدفق السوائل والتأثير الحراري في كل من مسارات التهوية الداخلية يتم تحليلها.

وبالاقتران مع البيانات التجريبية، تكون نتائج الحساب كلها ضمن الخطأ، والتي يمكن أن تؤكد عقلانية وصحة الطريقة المستخدمة في التجارب، بحيث يمكن تجنب المشكلة المتمثلة في أنه من الصعب تقديم حالة حدود الإدخال، مما يحل مشكلة عدم قدرة الكمبيوتر العادي على حساب النموذج الهائل للمحرك الكبير، كما ويوفر أساساً لحساب محرك مشابه في المستقبل.

تدفق السوائل ودرجة الحرارة لمسارات التهوية الداخلية في المحرك

البحث عن تدفق السوائل والتأثير الحراري في المنطقة النهائية

بناءً على آلية تنسيق التدفق والحرارة؛ فإنه تم إنشاء نموذج حساب اقتران مائع صلب في منطقة النهاية كما هو موضح في الشكل التالي (1).

وفيما بعد تم حساب وتوزيع تدفق السوائل ودرجة الحرارة في، كما وتم الحصول على تدفق السائل في النهاية، بحيث يظهر رقم نواقل سرعة السائل ودرجة الحرارة في الشكلين التاليين (2) و (3).

اقتران السوائل في منطقة الجزء الثابت والدوار للمحرك

بسبب التركيب المعقد للمنطقة الثابتة والدوارة؛ فإنه يبقى من الصعب تحليل اقتران مجال المائع ومجال درجة الحرارة بشكل مباشر، لذلك استناداً إلى آلية تنسيق التدفق والحرارة، تم إنشاء نموذج حساب حقل المائع لمنطقة الجزء الثابت والدوار.

كما ويتم الحصول على تدفق المائع وتوزيع التدفق في منطقة الجزء الثابت-الدوار بالكامل عن طريق الحساب والتحليل، مما يوفر الأساس النظري المتين للحساب التالي لتوزيع درجات الحرارة معًا وتوزيع السوائل، وذلك كما هو موضح في الشكل التالي (4).

وعند دراسة تدفق السوائل في مناطق الجزء الثابت والدوار، تُستخدم إحداثيات مرجعية متعددة لتحليل الأجزاء الدوارة مثل منطقة مائع القوس ومنطقة مائع خندق تهوية الدوار، كما ويتم اختيار نموذج اضطراب (RNG) كنموذج الحل، بحيث يتم الحصول على توزيع التدفق في حفرة التهوية رقم (1) إلى حفرة التهوية رقم (14) لمسار الرياح الداخلي من خلال الحساب والحل، كما هو موضح في الشكل التالي (5).

واستناداً إلى طريقة فصل شبكة السوائل، ومع الأخذ في الاعتبار محرك (YJKK500-4) (2500kW) كمثال؛ فإنه يتم فصل مسارات التهوية الداخلية بالكامل للمحرك إلى (4) مناطق ضغط متساوية، وباستخدام آلية (Flow-Heat) التآزرية، تكون مسارات التهوية الداخلية نمذجة وحسابها.

كما ويتم حل تدفق السوائل والتأثيرات الحرارية في كل منطقة من مسارات التهوية الداخلية للمحرك، وذلك بالاقتران مع البيانات التجريبية، بحيث تكون نتائج الحساب كلها ضمن الخطأ، ومع ذلك؛ فإنها لا تزال هناك عيوب في البحث، ويبقى الطموح الحقيق بالتمكن من مواصلة استكشاف وتحسين خاصية نقل حرارة المحرك.