haku: @keyword cooling / yhteensä: 23
viite: 9 / 23
| Tekijä: | Halme, Matti Heikki |
| Työn nimi: | Sähkökoneen jäähdytyksen virtausilmiöiden simulointi |
| Simulation of low phenomena in cooling of an electrical machine | |
| Julkaisutyyppi: | Diplomityö |
| Julkaisuvuosi: | 2011 |
| Sivut: | (11) + 99 Kieli: fin |
| Koulu/Laitos/Osasto: | Energiatekniikan laitos |
| Oppiaine: | Lämpötekniikka ja koneoppi (Ene-39) |
| Valvoja: | Siikonen, Timo |
| Ohjaaja: | Kanninen, Pekka |
| OEVS: | Sähköinen arkistokappale on luettavissa Aalto Thesis Databasen kautta.
Ohje Digitaalisten opinnäytteiden lukeminen Aalto-yliopiston Harald Herlin -oppimiskeskuksen suljetussa verkossaOppimiskeskuksen suljetussa verkossa voi lukea sellaisia digitaalisia ja digitoituja opinnäytteitä, joille ei ole saatu julkaisulupaa avoimessa verkossa. Oppimiskeskuksen yhteystiedot ja aukioloajat: https://learningcentre.aalto.fi/fi/harald-herlin-oppimiskeskus/ Opinnäytteitä voi lukea Oppimiskeskuksen asiakaskoneilla, joita löytyy kaikista kerroksista.
Kirjautuminen asiakaskoneille
Opinnäytteen avaaminen
Opinnäytteen lukeminen
Opinnäytteen tulostus
|
| Sijainti: | P1 Ark Aalto 4981 | Arkisto |
| Avainsanat: | electrical machine cooling Taylor - Couette axial channel radial duct sähkökone jäähdytys Taylor - Couette aksiaalikanava radiaalisola |
| Tiivistelmä (fin): | Laskentatehon kasvu on mahdollistanut sähkökoneiden jäähdytyksen optimoinnin numeerisin menetelmin virtaussimulointiohjelmilla. Numeerisen laskennan kannalta on keskeistä tietää yksittäisten virtausilmiöiden vaikutus jäähdytyksen, jotta kokonaisuuden oikeellisuutta voitaisiin perustellusti arvioida. On haastavaa löytää laskentamalli, joka ei vaadi kohtuuttomasti laskenta-aikaa mutta ei ole myöskään liian yksinkertainen, jotta tärkeimmät ilmiöt jäisivät mallintamatta. Jäähdytys jaettiin kolmeen eri komponenttiin: virtaukseen kahden samankeskisen sylinterin välissä, virtaukseen samansuuntaisen akselin ympäri pyörivässä kanavassa sekä virtaukseen akseliin nähden kohtisuorassa solassa. Virtaus sylinterien välissä on tyypiltään Couette-virtaus eli olennaista oli sähkökoneen liikkuvan osan eli roottorin kulmanopeuden suhde laminaaria epästabiiliutta kuvaavaan Taylorin lukuun sekä turbulenssia kuvaavaan Reynoldsin lukuun. Virtausta pyörivässä aksiaalikanavassa oli luontevaa tutkia tavallisena kanavavirtauksena, johon vaikuttavat eri koordinaatistojen suhteellista liikettä kuvaavat virtuaaliset Coriolis- ja keskipakoisvoimat. Lisäksi kiinnostavaa oli virtaus pyörivän kanavan suuaukkojen läpi, josta oli kovin vähän aiempaa tutkimusta. Virtaus radiaalisolassa rajattiin paineen kasvun tutkimiseen, sillä paineen kasvatus on radiaalisolien tärkein funktio niitä hyödyntävissä sähkökonetyypeissä. Numeerisena menetelmänä käytettiin Reynolds-keskiarvotukseen perustuvaa kontrollitilavuusmenetelmää, jossa turbulenssimallinnus toteutettiin yleisimmillä kaksiyhtälömalleilla: kappa - epsilon- ja kappa - oomega-malleilla. Näin saatiin riittävän yksinkertainen malli,joka silti pystyy mallintamaan perustavimmat ilmiöt. Virtaukseen sylinterien välissä liittyvät epästabiiliudet, ns. Taylor-pyörteet, pystyttiin mallintamaan täsmällisesti Reynolds-keskiarvotukseen perustuvilla malleilla. Havaittiin, että epästabiiliudet eivät vaikuta huomattavasti kitkavastuksiin. Pyörimisliikkeellä osoitettiin olevan vaikutus virtaukseen aksiaalikanavissa kanavan pituudesta riippumatta. Lyhyissä kanavissa Coriolis-ilmiön aiheuttama spiraalimainen pyörre kasvattaa lämmönsiirtoa ja kitkavastusta, kun taas pitkissä kanavissa sama seuraa keskipakoisilmiön aiheuttamista pyörteistä. Aksiaalikanavan sisäänvirtauksen kertavastukselle löydettiin yhtälö suuaukon pyörimisnopeuden ja kanavan läpivirtauksen funktiona. Radiaalisolan maksimaalisen paineen kasvun todettiin olevan helposti johdettavissa puhallintekniikan perusyhtälöistä. Tilavuusvirran kasvamisesta seuraavien painehäviöiden todettiin johtuvan virtauksen 180 asteen käännöksistä radiaalisolissa. Tarkastellut turbulenssimallit eivät pystyneet mallintamaan tarkasti kaikkia sähkökoneen jäähdytykseen kytkeytyviä virtausilmiöitä. Kumpikaan malleista ei ollut myöskään selvästi toista parempi turbulenssimalli. |
| Tiivistelmä (eng): | Increase in computing power has enabled the optimisation of electrical machines through flow simulation by numerical methods. In numerical computing, of importance is to know the effect of singular flow phenomena to the cooling process, so that the validity of the cooling as a whole could be justifiably estimated. It is challenging to find a computational model, that doesn't demand unreasonably much computational time and, yet isn't too simple to leave the most important phenomena modelled. The cooling was divided to three different components: flow between two concentric cylinders, flow in a channel rotating about a parallel axis and flow in a duct rotating about an orthogonal axis. The flow between cylinders is a Couette-flow. Thus the most important thing was the relationship between the angular speed of the moving part of the electrical machine, the rotor, and the dimensionless numbers describing laminar instabilities and turbulence. It was convenient to study the flow in a rotating channel as a normal channel flow affected by virtual Coriolis-and centrifugal forces describing the relative motion of different coordinate systems. Also an interesting case was the flow through the orifices of a rotating channel, which lacked previous research. The flow in a radial duct was limited to the study of pressure gain in ducts, which is the most important goal for radial ducts in the types of electrical machines that take advantage of them. Reynolds-averaged control-volume method was used as a numerical method with the turbulence modelling implemented by the most common two-equation models: kappa - epsilon-and kappa - omega-models. Thus a sufficiently simple model was reached, that nevertheless can model the most fundamental phenomena. The instabilities related to the flow between cylinders, so called Taylor vortices, were modelled precisely with models based on Reynolds-averaging. It was noticed, that the instabilities don't considerably affect the friction losses. The rotation was shown to have an effect on the flow in axial channels regardless of the length of channel. In short channels spiral vortices caused by Coriolis -effect increased heat transfer and friction losses, whereas in long channels the vortices caused by centrifugal effect had the same effect. An equation was found for minor losses of an inlet of a rotating channel based on the relation between the rotating speed of an orifice and the through flow. The maximal pressure gain in a radial duct was observed to be easily derived from the basic equations of the fan technology. The pressure losses following an increased flow rate were found to be caused by 180 degree turns of the flow in radial ducts. The turbulence models studied weren't able to model accurately all the flow phenomena involved in the cooling of an electrical machine. Also, neither model was clearly a better turbulence model than the other. |
| ED: | 2011-10-17 |
INSSI tietueen numero: 42870
+ lisää koriin
INSSI