search query: @keyword sähkökone / total: 8
results-list
reference: 2 / 8
« previous | next »
Author:Halme, Matti Heikki
Title:Sähkökoneen jäähdytyksen virtausilmiöiden simulointi
Simulation of low phenomena in cooling of an electrical machine
Publication type:Master's thesis
Publication year:2011
Pages:(11) + 99      Language:   fin
Department/School:Energiatekniikan laitos
Main subject:Lämpötekniikka ja koneoppi   (Ene-39)
Supervisor:Siikonen, Timo
Instructor:Kanninen, Pekka
OEVS:
Electronic archive copy is available via Aalto Thesis Database.
Instructions
close

Reading digital theses in the closed network of the Aalto University Harald Herlin Learning Centre

In the closed network of Learning Centre you can read digital and digitized theses not available in the open network.

The Learning Centre contact details and opening hours: https://learningcentre.aalto.fi/en/harald-herlin-learning-centre/

You can read theses on the Learning Centre customer computers, which are available on all floors.

Logging on to the customer computers

  • Aalto University staff members log on to the customer computer using the Aalto username and password.
  • Other customers log on using a shared username and password.

Opening a thesis

  • On the desktop of the customer computers, you will find an icon titled:

    Aalto Thesis Database

  • Click on the icon to search for and open the thesis you are looking for from Aaltodoc database. You can find the thesis file by clicking the link on the OEV or OEVS field.

Reading the thesis

  • You can either print the thesis or read it on the customer computer screen.
  • You cannot save the thesis file on a flash drive or email it.
  • You cannot copy text or images from the file.
  • You cannot edit the file.

Printing the thesis

  • You can print the thesis for your personal study or research use.
  • Aalto University students and staff members may print black-and-white prints on the PrintingPoint devices when using the computer with personal Aalto username and password. Color printing is possible using the printer u90203-psc3, which is located near the customer service. Color printing is subject to a charge to Aalto University students and staff members.
  • Other customers can use the printer u90203-psc3. All printing is subject to a charge to non-University members.
Location:P1 Ark Aalto  4981   | Archive
Keywords:electrical machine
cooling
Taylor - Couette
axial channel
radial duct
sähkökone
jäähdytys
Taylor - Couette
aksiaalikanava
radiaalisola
Abstract (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.
Abstract (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.
ED:2011-10-17
INSSI record number: 42870
+ add basket
« previous | next »
INSSI