轴流风扇电机性能模拟及散热优化设计单位
TCFD和CAESES耦合优化案例-轴流风扇

TCFD和CAESES耦合优化案例-轴流风扇TCFD是CFD Support团队为我们带来的新一代叶轮机械专用CFD模拟工具。
TCFD不受用户人数和核数的限制,具有完全自动化的流程,极大地提升了CFD模拟的效率;同时,它保持求解器的开源,可以由用户自行决定CFD研究的深度,能够更充分的利用硬件功能使之用于CFD模拟过程。
CAESES是一款能够为仿真工程师提供全参数化的CAD模型,并将其与自动化工具和优化工具相结合的软件工具。
CAESES的侧重点就是为仿真提供稳定的几何模型,以及这些几何模型的稳健变化,以便进行更快速,更全面的设计研究和形状优化。
智能和高效的工作流程现代化的CAE工作流程是由一系列特定且复杂的任务流程构成的,为了能够得到显著且有效的结果,流程的各个部分都不能出现任何差错。
因此,未来的CAE流程将转变为由专业人士制作的针对性的最佳软件包连接构成的自动化工作流程。
在此我们推出了一个由TCFD和CAESES两个软件包构成的智能高效的叶轮机械设计优化工作流程。
风扇制造商最典型的一个目标就是开发一款新的高效风扇,或者提升一款现有成熟风扇的性能参数。
我们选择了一款现有的风扇模型,来作为演示设计流程的案例,该风扇主要性能参数如下所示:该优化案例有两个优化目标:第一个是在流量576 m3/h到1296 m3/h范围内使得风扇效率整体最大化;第二个是增大最大风量。
优化流程首先需要创建风扇几何模型。
CAESES提供了一个CAD环境,其中包括方便灵活的创建几何变体,定义高效的参数化模型并输出用于模拟的模型。
之后,在TCFD中创建基于CAESES输出模型的CFD模拟设置模板,并返回到CAESES的软件连接器。
最后,设置CAESES里的优化策略,之后会自动生成不同的几何变体并使用TCFD进行模拟。
轴流风扇参数化建模——CAESES按CFD的计算需求创建轴流风扇的流动域。
整个几何模型被划分成转子域和静子域。
为了节省计算资源提升模拟速度,流动域为只包含一个叶片的单通道模型。
基于CFD模拟的轴流风机扇叶设计优化研究

基于CFD模拟的轴流风机扇叶设计优化研究摘要:本研究采用计算流体动力学(CFD)模拟方法,旨在优化轴流风机扇叶的设计以提高性能和效率。
通过数值模拟,我们系统地研究了不同扇叶参数对风机性能的影响,并提出了一种优化设计方案,以实现更高的能效和性能。
研究结果表明,通过CFD模拟可以有效地改善轴流风机的性能,并为风机工程领域的进一步发展提供有力支持。
关键词: CFD模拟;轴流风机;扇叶设计;优化;性能一、引言轴流风机作为工业和商业领域中广泛应用的关键设备,对能源效率和性能提出了不断增长的需求。
其中,扇叶作为轴流风机的核心部件,其设计和优化对整个风机系统的性能至关重要。
随着计算流体动力学(CFD)模拟方法的不断发展,研究人员可以更深入地理解风机流场,并进行更精确的性能预测和优化设计。
二、文献综述2.1 轴流风机的发展历程轴流风机作为工业领域的核心设备,其发展历程从19世纪末至今经历了令人瞩目的进步。
早期,轴流风机的设计主要依赖于经验和试验,限制了其性能和效率。
然而,随着科学和工程技术的进步,数学模型、实验室测试和计算流体力学等新方法的应用使轴流风机的设计变得更精确和可预测。
这些技术创新促使了风机的能效提升、噪音降低和寿命延长,从而为各行业带来了更高水平的气流控制和空气处理能力。
2.2 扇叶设计的重要性扇叶作为轴流风机的核心组成部分,其设计对风机性能至关重要。
扇叶的几何形状、叶片数目、叶片角度等参数直接影响风机的效率、噪音产生、能耗和寿命。
一个优化的扇叶设计可以显著提高风机的能效,降低运行成本,减少环境影响。
所以,深入研究和优化扇叶设计是提高轴流风机性能的关键步骤。
近年来,计算流体动力学(CFD)模拟技术的不断发展已经引领了轴流风机研究的新时代。
这一技术的崭新应用为风机工程领域带来了深刻的影响。
通过CFD,研究人员能够以前所未有的准确性模拟轴流风机内部复杂流动现象,如湍流、涡流和分离现象。
这种全面的流场信息为风机性能的深入理解提供了强大工具,并且为设计和优化提供了坚实基础。
空调室外机轴流风扇全流场数值模拟

÷ 、
L
图 1 几何模 型
图 3 残差监测 曲线
5 C D结果 分析 F
5 1 轴 向截 面速 度场及 压 力场 分析 .
■■ 燃麓 空调外 机轴 向 截 面 的速 度 矢量 如 图 4所 示 , 疆疆 ■■●
可 以看 出 , 气流经 过后 面和 侧面 的蒸发 器后 , 经过 电机及 电机支架 沿 轴 向流入 外 部 空 间 , 速 区集 高 中在 风扇 叶 片周 围 , 毂 附近 区域 风 速较 低 。 流 轮 出外 机 的气 流沿 锥 形 向外扩 展 高 速 流 出 , 在 中 会
收 稿 日期 : 2 1 —1 2 修稿 日期 : 2 1 0 0 1 0— 8 02— 3—1 3
目前数值计算采用的网格可分为结构化与非 结 构化 两大类 [ , 于空 调 外机 流 场 复 杂 的几 何 3鉴 ]
形状 , 对其整机流道全部生成结构化 网格 比较 困 难, 因此 , 整机三维模型采用非结构化 网格划分 ,
图 2 网格 划 分 结 果
心 区域形 成较 大 的 回流漩 涡 。另 外 , 由于 电 机 的
存 在 , 使 进 风 直 接 绕 流 电机 , 然 利 于 电 机 散 致 虽
3 边界条 件
热 , 是致 使进 入气 流绕流 较大 , 但 会对 气动 噪声 产
生 不利影 响 。
进 出 口采 用压 力进 、 口边界条 件 , 出 给定大 气
ZHONG e — a W iy n,GAO e g F n
( hn ogU i ri f c nea dT cnl y Qndo2 6 1 ,hn ) S ad n n esyo i c n ehoo , i a 6 5 0 C i v t Se g g a
车用轴流式冷却风扇设计分析

车用轴流式冷却风扇设计分析摘要:冷却风扇对于汽车来说十分的重要,伴随着人们对汽车要求越来越高以及现在的技术也慢慢的进步,一款合适的冷却风扇就显得尤为重要。
一款性能合适的冷却风扇不仅能使汽车在任何工况下都能正常工作还可以提高汽车的燃油经济性同时达到节能减排的效果。
所以一个好的冷却风扇对于一辆一车来说很重要。
文章根据冷却风扇的设计步骤对冷却风扇进行分析设计然后在绘制出CAD 图像。
风扇选型与风扇类型的匹配在基本要求分析中进行了研究,风机是基本参数的确定,讨论了风扇和冷却系统的运行方式,以及风机性能的匹配是好还是坏判断和选择一个散热器风扇进行匹配。
在风扇CAD建模设计和分析主风机的配套结构设计中,主要分析冷却风扇叶片设计和绘制CAD三维图形。
通过对上述研究设计的分析,得出了轴流冷却风扇结构设计的设计。
关键词:发动机轴流式冷却风扇,匹配,造型设计Design analysis of car shaft flow cooling fanAbstract:Cooling fan is very important for car, along with people is higher and higher requirement for the car, and now the progress of the technology is also slowly, an appropriate cooling fan is particularly important. A suitable cooling fan performance not only can make the car can work normally in all conditions can also improve the automobile fuel economy at the same time to achieve the effect of energy conservation and emissions reduction. So a good cooling fan is important for a car.The paper analyzes the cooling fan and then draws the CAD image according to the design step of the cooling fan. Selection of the fan and fan type match in the analysis of the basic requirements are studied, the fan is the determination of basic parameters, operation mode of the fan and the cooling system was discussed, and the fan performance matching is good or bad judgment and choice of a radiator fan match. In the design of fan CAD modeling and analysis of the supporting structure of the main fan, the design of cooling fan blades and the drawing of CAD are mainly analyzed. Through the analysis of the above research design, the design of axial cooling fan structure design is obtained.Keywords:Engine axial flow cooling fan,matching,modelling design目录摘要 (Ⅰ)Abstract (Ⅱ)目录 (III)1绪论 (1)1.1 前言 (1)1.2 发动机冷却风扇的国内外研究现状 (1)1.2.1 发动机冷却风扇的发展现状 (1)1.2.2 发动机冷却风扇设计的研究现状 (3)1.3 论文的意义 (4)2 风扇选型与匹配 (6)2.1 发动机冷却系统的功用及结构 (6)2.1.1 冷却系统的功用 (6)2.1.2 冷却系统的组成 (6)2.2 发动机冷却风扇的功用与性能参数 (7)2.2.1 冷却风扇的作用 (7)2.2.2 冷却风扇的类型 (7)2.2.3 冷却风扇的基本性能参数 (9)2.3冷却风扇的选型与匹配 (10)2.3.1冷却风扇的选型 (10)2.3.2冷却风扇的要求 (11)2.3.3发动机冷却风扇的基本参数的确定 (11)2.3.4 风扇与冷却系统的匹配 (14)2.4本章小结 (17)3 风扇造型 CAD (18)3.1 CAD软件的介绍 (18)3.2风扇基本造型数据 (18)3.4运用CAD软件对风扇进行绘制 (20)3.5 本章小结 (21)4 总结与展望 (22)4.1总结 (22)4.2展望 (22)参考文献 (23)致谢 (24)1 绪论1.1 前言因为汽车的外形不断的改变,要求扩大车厢并减小发动机舱,所以发动机冷却风扇的大小,规划遭到很大的制约。
基于流固耦合仿真的小型轴流风扇优化设计

基于流固耦合仿真的小型轴流风扇优化设计许名珞【摘要】为了解决某初步设计的轴流吹风机出风口流量较小的问题,本文对轴流风扇了进行优化设计,最终将风扇叶片翼型由NACA4409翼型改为AH79-100C 翼型,叶片安装角由30°增大为32.5°,设计叶片后弯角为8°。
基于计算流体力学理论,建立了轴流吹风机流场和轴流风扇风道流场的数值计算模型,运用Fluent 软件进行流场数值仿真。
基于 ANSYS 软件的Workbench平台,利用流固耦合仿真分析方法对优化后的轴流风扇进行结构分析,校核了新风扇的强度。
数值仿真结果表明:仿真结果与企业实验测试结果相符,优化后的轴流吹风机出口流量较优化前增加了10.59%,新风扇轴功率满足企业要求,强度也满足设计要求,总体达到了优化目标。
%In order to address the small outlet flowrate issue of a preliminary designed axial flow fan, this paper optimizes the axial-flow fan, changed the airfoil of fan blades from NACA4409 to AH79-100C, increased the blades setting angle from 30 to 32.5 degrees, and designed the blade back-bending angle of 8 degrees. Based on the theory of computational fluid dynamics, a numerical model to compute the air-flow field and the axial-flow fan duct is set up and Fluent software is used to numerically simulate on flow field. Based on the ANSYS Workbench Platform, structural analysis for the optimized axial-flow fan using fluid-structure interaction simulation method is made, and the strength of the new fan is checked. The simulation results show that simulation results coincide with enterprise test results, the outlet flowrate of the optimized axial flow fan increased 10.59%, the shaft power of new axial-flow fan meets enterpriserequirements, the strength also meets the design requirements, and the optimization goals are achieved.【期刊名称】《风机技术》【年(卷),期】2015(000)001【总页数】6页(P28-32,37)【关键词】轴流风扇;翼型;后弯角;计算流体力学;流固耦合;优化;强度校核【作者】许名珞【作者单位】东南大学机械工程学院【正文语种】中文【中图分类】TH432.1;TK05轴流风扇作为一种通用叶轮机械,被广泛应用在生产生活的各个行业。
660 MW汽轮发电机轴流风扇通风特性数值模拟与分析

关 键词 : 汽轮 发 电机
模 拟
轴流 风 扇
通流特 性
数值
中图分 类号 : T M3 1 1 文献标识码 : A DOI 编码 : 1 0 . 3 9 6 9 / j . 1 s s n l 0 0 6 - 2 8 0 7 . 2 0 1 3 . 0 3 . 0 0 2
Abs t r a c t :T h e s o f t wa r e o f NUM ECA wa s u t i l i z e d t o n u me r i c a l l y s i mu l a t e t h e f a n ’ S f l o w c h a r a c t e r i s t i c s o f t h e 6 6 0 M W T ur b o - g e n e r a t o r p r o d u c e d b y S h a n g h a i Ge n e r a - t o r P l a n t , t h e d i s t r i b u t i o n s o f p r e s s u r e a n d s p e e d o f t h e an f u n d e r t h e d e s i g n e d c o n d i t i o n we r e g a i n e d ,a s we l l a s t h e c h a r a c t e r i s t i c s a n d e f f i c i e n c y c u r v e o f t h e a n. f Un d e r t h e d e s i g n e d c o n d i t i o n , t h e s i mu l a t e d r e s u l t s we r e c l o s e t o t h e t y p e t e s t s r e s u l t s i n t h e f a c t o r y , p r o v i n g t h a t t h e c a l c u l a t e d r e s u l t s we r e r a t h e r r e l i a b l e .
新型舰船轴流风机优化设计(论文)

3 主要部件技术要求
3.1 风筒
风机风筒采用优质钢板焊接而成,保证足够的强度。设计过程中采
用先进的 ANSYS10.0 有限元分析软件,对风筒进行三维造型,并模拟
分析其强度,保证其满足使用条件的要求。
3.2 电动机
电机作为风机的重要组成部件,其防护等级、绝缘等级、防湿热等
都要有一定的保证,选取具有舰船产品制造合格认证的电动机产品。
ns=5.54×n×
姨Q
姨4 P3
=5.54×1450×
姨7.64
姨4 6903
=166
由计算结果 Ψt=0.36,选取d軈=0.55 适宜,则此时轮毂直径 d 为:
d=d軈·D (0.55×0.74) m =0.407m 取 d=0.41m,即轮毂直径为 d=410mm。
2.6 计算无因次轴向速度軓Ca和轴向速度 Ca
由 设 计 参 数 Q=27500m3/h; P =690 Pa 和 风 机 全 压 效 率
ηt=70%;则 N 为:
N
=K·1Q·P 0 Nhomakorabea0·ηt
=1.1×
7.64×690 1000×0.7
=8.28kw
根据电动机功率与风机轴功率的关系 P≥N=8.28kw,选取电动机
的功率为 11kw,转速为 1450r/min。
基于流固耦合仿真的小型轴流风扇优化设计

基于流固耦合仿真的小型轴流风扇优化设计小型轴流风扇是一种常见的气动装置,主要用于流体输送和气体流动控制等领域。
随着科技的不断发展,轴流风扇的要求也越来越高,其中包括高效率、低噪音等方面。
而流固耦合仿真技术的出现,则为小型轴流风扇的优化设计提供了一种新的思路。
首先,在进行小型轴流风扇的流固耦合仿真前,需要考虑的一些因素,其中包括风扇所处的环境、材料的选择和风扇的几何模型等方面。
在确定好这些参数后,可以使用流体力学仿真软件和有限元分析软件进行流固耦合的仿真分析。
接着,在仿真分析的过程中,需要分别对风扇的流体部分和固体部分进行设计和优化。
对于流体部分,需要对风扇的叶片进行设计和调整,使其能够提供更高的风量和更低的风阻。
同时,也需要针对流体在风扇内的流动情况进行优化,例如调整进气口、出气口和通道形状等。
对于固体部分,需要根据实际情况考虑材料的选择和结构的优化。
例如,可以选择钛合金等轻质高强度材料来制造风扇,以提高其性能和寿命。
同时,也需要对风扇的结构进行优化,以提高其稳定性和抗风阻能力。
在优化设计的过程中,需要不断地对仿真结果进行评估和调整。
通过对流体和固体的各项参数进行综合考虑,可以逐步优化小型轴流风扇的设计。
最终,通过多次优化,可以获得一个更加高效、稳定、耐用的小型轴流风扇。
总之,小型轴流风扇优化设计是一个复杂的过程,需要结合流体力学、材料学和机械工程等多个学科的知识,同时也需要运用流固耦合仿真技术来进行分析和优化。
只有通过不断的实践和探索,才能让小型轴流风扇的性能和效率达到更高的水平。
数据分析是从多个角度对收集和整理的数据进行分析和归纳的过程。
数据分析是许多领域的常见方法,可以用来了解和解释数据,与其他数据进行比较,识别模式和趋势,以及支持决策和规划等。
在进行数据分析时,首先需要收集和整理实际的数据。
数据可以来自各种不同的来源,例如调查问卷、市场调研、实验测试、网络分析等。
这些数据需要进行分类、编码和记录,以便于分析过程的理解和识别。
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磁 力 线 分 布
磁 密 分 布
结果分析
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二、电机性能分析 电机静态场分析结果(路径查看)
气隙磁密
转子轭部磁密
定子轭部磁密
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齿部磁密
二、电机性能分析 电机瞬态场分析结果
t=x时磁密分布
t=x时磁力线分布
输出转矩随时间变化
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二、电机性能分析
Simulation
直流有刷电机图示
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二、电机性能分析 绕组连接方式
绕组形式:叠绕组 复倍系数:x 虚槽数:x 每槽导体数:xx 绕组跨距:x 并绕根数:x 绕组线径:xxmm 绕组双边绝缘厚度:xxx
定子冲片及磁钢尺寸
气隙厚度:xxmm 定子外径:xxmm 定子内径:xx7mm 轴向长度:xxmm 叠压系数:x 机壳牌号:x 极弧系数:x 永磁体厚度:xxmm 磁钢牌号:x 磁钢剩磁:xT 磁钢矫顽力:x
几何创建
网格划分 边界条件设置 求解 结果分析
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三、电机温度场模拟分析 Ansoft软件不仅可以模拟电机各性能参数,同时可以模拟电机损耗,作为 电机温度场模拟的输入参数。
几何创建
网格划分 边界条件设置 求解 结果分析 Copper Loss x Iron core Loss x Frictional & Windage Loss x 环境温度:x度 铜耗W 铁耗W 摩擦损耗W 电刷损耗 W Brush Loss x 总损耗 W Total Loss x
旋转区叶尖与壁面保留x间隙
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四、电机散热优化
几何创建
网格划分 边界条件设置 求解 结果分析
•为避免因为网格密度不足而造成计算不可靠的影响,对计算域进行加大网格密度的验证,对不同 网格数量下的风叶进行模拟,误差基本可以忽略,说明该网格密度足够,其计算结果是可靠的。 •风叶旋转区进行局部加密
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换向器及电刷参数
换向器类型:xxxxxx 换向器直径:xxmm 换向器长度:xxxmm 换向器片间绝缘:xxmm 电刷宽度:xxmm 电刷长度:xxxxxmm 电刷对数:x 电刷角度偏移:x 电刷压降:xV 电刷压力:xg/mm² 摩擦系数:x
绕组连接方式图示
二、电机性能分析
几何创建
网格划分 边界条件设置
二、电机性能分析
几何创建
网格划分 边界条件设置 求解 结果分析
主从边界条件:Master/Slave Boundary 狄里克莱边界条件:Vector Potential Boundary
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二、电机性能分析 电机静态场分析结果(磁力线、磁密分布)
几何创建
网格划分 边界条件设置 求解
轴流风扇电机性能模拟及散热优化设计
单位: 参赛人员:
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某知名汽车品牌轴流风扇
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目录
一、课题背景
二、电机性能分析 • 电机设计参数 • 电机性能仿真 三、电机温度场分析
• 有限元分析电机温度分布 四、电机散热优化设计 • 优化方案 • 模拟分析 • 结论
五、结论及展望
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一、课题背景
评价指标
电机几何复杂程度 对经验参数的依赖 简单 完全依赖
经验公式
不限
ANSOFT
不限
试验
不完全依赖
不依赖
预测成本
预测周期 预测信息量 预测可靠性
最低
最短 很少 最差
较低
较短 最详细 较好
最高
最长 较多 最好
现状描述: 由于日趋激烈的竞争环境及客户对项目进度的要求越来越高,需要零配件企业尽快拿 出解决方案,Ansoft软件可以快速模拟出电机输出特性,有利于设计人员及时调整方案,大 大节省了反复制作样机的时间,使得开发周期大大缩短。 同时,电机温升过高会严重影响电机的性能,出现高温退磁及零件快速老化等不利因素, 如何快速模拟电机温度场并优化电机散热结构显得至关重要。
一、课题背景
轴流冷却风扇用于发动机的冷却系统和空调系统等的水箱、冷凝器等的风冷散热
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一、课题背景
SHROUD
Flapper door
护风罩
风门
MOTOR
电机
FAN
风扇
按照电机数量分为: ……….. 按照装配位置分为: ……….. 按照电机调速方式可以分为: ………..
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Байду номын сангаас
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三、电机温度场模拟分析
几何创建
机壳温度分布 网格划分 边界条件设置 求解 结果分析
刷盆温度分布
温度超出安全范围值时, 热保护器即跳开。
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四、电机散热优化
现状描述: 由于整车装配中风扇的安装空间越来越小,但性能要求越来 越高,电机功率增大,体积减小,发热问题严重。 针对电机发热情况,在风叶轮毂处开孔,使更多气流进入轮 毂内部对电机散热。
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四、电机散热优化 环形渐扩结构 加强筋 导叶
散热优化方案: 1. 2. 3.
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四、电机散热优化
为评估开孔散热影响,需模拟流场及温度场状态,进行定性分析。
几何创建
Inlet Domain
网格划分 边界条件设置
Rotate Domain Outlet Domain
求解 结果分析
电机模拟性能&测试性能对比
结论:
•对比仿真结果与实验测试结果,仿真结果可靠性较高,数值结果和相对精度可以 满足工程需要 •仿真设计方法可节约开发周期,在更大程度上减少设计结果对设计人员经验的依 赖性,有利于我公司掌握电机性能的数值模拟和优化分析。
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三、电机温度场模拟分析 Ansoft软件不仅可以模拟电机各性能参数,同时可以模拟电机损耗,作为 电机温度场模拟的输入参数。
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二、电机性能分析 电机设计参数 额定指标
额定功率 母线电压 极数 额定转速 电刷压降 xxxW xxV x xxxxrpm x.xV
定子冲片及槽型结构
转子槽数:xx 转子外径:xxmm 转子内径:xxmm 转子槽尺寸:xxxxxxx 轴向长度(叠厚):xxmm 叠压系数:x.xx 硅钢片牌号: xxxx
电机模型 求解
结果分析
定子外径:Фxmm 转子外径: Фxmm 叠厚:xmm 气隙:xmm 极数:xx极 槽数: x槽 绕线方式: x
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二、电机性能分析
几何创建
网格划分 边界条件设置 求解 结果分析
On Selection 剖分设置: 基于单元长度设置 三角形单元格 气隙处加密设置
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