强迫风冷对流换热系数
高速电机定转子小间隙强迫风冷却数值模拟
高速电机定转子小间隙强迫风冷却数值模拟
程文杰;李维;钟斌;肖玲;樊红卫;李明
【期刊名称】《微特电机》
【年(卷),期】2018(046)011
【摘要】采用计算流体动力学方法进行了定转子小间隙三维热流耦合计算,分别考虑了定子槽、轴向冷却流,以及转速对风摩擦损耗的影响,并获得了转子表面对流换热系数.结果表明:定子槽和轴向流会使得风摩擦损耗增大;有轴向流时,对流换热系数在入口处最高,在出口处最低;轴向冷却流的对流换热效果要远大于其造成的损耗发热效果.研究结果为转子热设计提供了重要参考依据.
【总页数】6页(P6-11)
【作者】程文杰;李维;钟斌;肖玲;樊红卫;李明
【作者单位】西安科技大学,西安710054;西安科技大学,西安710054;西安科技大学,西安710054;西安科技大学,西安710054;西安科技大学,西安710054;西安科技大学,西安710054
【正文语种】中文
【中图分类】TM301.4+1
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强迫风冷散热器计算工具
动力黏度Pa.s μ*10^6
40 1.013 1.128 1005 16.96 0.699 2.76
3.19
19.1
45 1.013 1.110 1005 17.46 0.699 2.80
3.15
19.4
50 1.013 1.093 1005 17.95 0.698 2.83
40 45 1.013 1.128 1005 16.96 0.699
3.19 19.1
风机参数 进出风口空气△t 计算风量 [m3/min.] 计算风量 [CFM] 风机风量 [m3/min.] 风机风量 [CFM] 风机静压 [Inch.H2O] 风机风量q1 [m3/min.]
风机静压P1 [Pa]
10 45.94 1623 46.38 1638 4.02 46.38
0
42 120 1001
31.5
0.773 -27.4 1270.7
0.0
20.23 714 0.337 2.88 717 13.7
层流/紊流选择 需进行规划求解 需输入参数
空气参数 全管长平均温度Tf ℃ 气压100kpa 空气密度ρ kg/m3 比热容J/(kg.k) 运动粘度m2/s ν*10^6 普朗特数Pr 导热系数W/m.℃ λ*10^2
Nf
导热系数W/m.℃ λ de [m] 导热侧面积A1 [m^2] 对流换热面积A2 [m^2] 翅间面积A2 [m^2] 翅片面积A2 [m^2] 通风面积A0 [m^2]
521 300 78 63 15
1 3
131
208 0.0057
0.16
5.11
0.12 4.99 0.02
强迫对流放热系数实验
实验14 强迫对流放热系数实验一、实验目的1. 了解实验装置，掌握测试仪器、仪表的使用方法；2. 学会翅片管束管外放热和阻力的测定方法。
二、实验原理空气（气体）横向流过翅片管束时的对流放热系数除了与空气流速及物性有关以外，还与翅片管束的一系列几何因素有关，函数关系如下：t l o o o o o(PP H B Nu f Re Pr N D D D D D δ=、、、、、、、）（1）式中：o Nu D α=；o m Re D U γ=；Pr C μλ=；m m G U ρ=⋅H Bδ、、分别为翅片高度、厚度、和翅片间距；P t 、P l 为翅片管的横向管间距和纵向管间距； N 为流动方向的管排数；D o 为光管外径，U m 、G m 为最窄流通截面处的空气流速（m/s ）和质量流速（kg/m 2s ）；λ、ρ、μ、γ、α为气体的物性值。
此外，放热系数还与管束的排列方式（顺排和叉排）有关，由于在叉排管束中流体的紊流度较大，故其管外放热系数会高于顺流。
对于特定的翅片管束，其几何因素是固定不变的，这时，式（1）可简化为：(,)Nu f Re Rr = （2）对于空气，Pr 数可看作常数，故n()Nu f Re CRe== （3）式中：C 、n 为实验关联式的系数和指数。
采用光管外表面积作为基准，定义放热系数：()o a wo πQn D L T T α=-2W /m ℃（4）式中：Q 为总放热量；n 为放热管子的根数；0πD L 为支管的光管换热面积（m 2）；T a 为空气平均温度（℃），T wo 为光管外壁温度（℃）。
工程上通用威尔逊方法测求管外放热系数，即：o wii111D R KD αα=--- （5）式中：K 为翅片管的传热系数，可由实验求出o πv QK n D L T T α=-（）（6）其中：v T 代表管内流体的平均温度，i α是管内流体对管内壁的放热系数，w R 由管壁的导热公式计算。
管内强迫对流换热计算.
qm qv uA u
注意 注意 注意
d
4
2
一定要使用国际通用单位！！！ 一定要使用国际通用单位！！！ 一定要使用国际通用单位！！！
CDPC-pony
传热学 Heat Transfer
Chengde Petroleum College
1、计算步骤
（1）定性温度的选取
tf 1 t f t f 2
tf 1 1 t f t f 50 60 55℃ 2 2
（2）查物性参数：查得水的物性参数为：
=0.6535W / (m ℃， ) Pr 3.265, v 0.517 106 m2 fer
(4) 格尼林斯基(Gnilinski)公式（1976）
2/3 f 8 Ref 1000 Prf d Nuf 1 ct 1/2 2/3 1 12.7 f 8 Prf 1 l
适用条件：
0.6 Prf 105 , 2300 Ref 106
Nuf 0.021Re Pr
0.8 f
0.43 f
适用条件：
4
Prf Prw
0.25
0.6 Prf 700, 10 Ref 1.7510 , l / d 60
6
CDPC-pony
传热学 Heat Transfer
Chengde Petroleum College
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（3）计算Re数为
Re ud 0.8 0.05 4 7.74 10 v 0.517 106
属于旺盛稳流阶段
flotherm 空气对流换热系数的设定
我做过热测试，用FLUK实时监控测试点的温度，基本上很少有冲很高的。
仿真计算的是稳态，前面的冲高可以忽略不计。
如果是瞬态就要全程监控温度。
我只知道静止空气对流换热系数一般为6W(m^2*K);Flotherm中一般都是这么设定的；对流换热系数大致范围：对流换热现象换热系数W/m2.K空气自然对流3~10气体强迫对流20~100水自然对流200~1000水强迫对流1000~15000牛顿方程：q=aS(tf-tw) q为对流换热的热流，a为换热系数，S为固体壁面换热面积，tf 为流体温度，tw为固体壁面温度。
对流换热系数a与流体的物理性质、流动状态和速度、固体壁面物理性质、形状位置都有关，比如同样的流体在紊流和层流时换热系数就不一样，所以不同情况下对流换热系数a是不一样的，书上的一些换热系数是通过实验方法得到的一些大致范围，供大家参考，自己随意输入一个换热系数是不科学的，flotherm里面应该内置计算公式来根据具体情况去自动求解流体与壁面间的换热。
当然要设置！我询问了美国同事，mild steel的enclosure，top surface设8，bottom surface设4，side surface 设6我知道你说的公式，可是公式里的那几个参数你能否准确知道？比如雷诺数、普朗特数、特征尺寸？如果没有准确数值，自己算出来的换热系数就不一定对了。
另外，不同的情况下，雷诺数、普朗特数、特征尺寸都是不一样的，当然换热系数也不一样了，我不知道“空气对流换热系数一般为6W(m^2*K)“这个结论依据的是不是实验得出的数据。
不过，你可以问问那些做案例的高手，请他们帮忙解释一下。
谢谢你给出的经验数值我觉得需要设置的情况是求解区域和设备壳体外表面重合时，也就是求解区域刚好包住设备壳体时，才需要设置壳体外表面与周围环境的换热系数，当求解区域远大于设备壳体外形时，不需要设置（当然设置也没事，因为不起作用），我平时就将求解区域设置较大，这样的缺点是求解网格较多，求解时间长，好处是能对周围空气状况有了解。
强迫风冷散热器设计计算
1.风机选择计算:q =1.4×QC p ρair ∆T air×60Τm 3min.注：1.∆T air 小功率取10，中功率取15，大功率取202.一般按经验系数1.4来选择风机风机输入参数：1.风量q ：1Τm 3min.=35.318CFM2.风压P ：1Incℎ.H 2O =249.1Pa3.P-Q 公式：P =a ∗q +b Pa注：轴流风机一般工作在后1/3段，将其看作线性段算出斜率a 与常数b 用来计算实际工作的风量与风压2.系统阻力计算:∆P =ξ1+ξ2+4∗f L d e×ρair V 22Pa局部收缩ξ1=0.5×1−ΤA 0A 1ΤA 0A 1：通风面积比局部放大ξ2=1−ΤA 0A 12沿程阻力系数f 莫迪图紊流的经验公式较多，选择其中较准的两个公式，计算结果差异较大时参考莫迪图较准层流f =Τ64Re 雷诺数Re =d e Vυair ≤2800V 使用风机最大风量紊流：f =0.0055×1+20×Kd e+1×106Re13Re 3×103~1×106紊流(柯尔布鲁克）：1√f=2log 10d eK+1.14−2log 101+9.35d eKRe√f 粗糙度K =0.0015×10−3m散热器长度L 当量直径d e =2W s H f W s +H fm风速VP-Q 公式：∆P =c ×q 2进出风口面积（开孔面积）无风机侧>有风机侧3.风机工作点计算：利用公式P =a ∗q +b & ∆P =c ×q 2求出风机的实际工作点1.风量q 1：2.风压P 1：3.风速V 1：4.散热器热阻计算:R =R 1+R 2=H b λA 2+1ℎA 3ηΤK W导热热阻R 1：基板厚度H b m & 基板面积A 2m 2& 散热器导热系数λW/m ∙K 对流换热热阻R 2：换热表面积A 3=A 3′+A 3′′=Ws L(N f −1)+(2H f +W f )LN f m 2换热总效率η=A 3′+ηf A 3′′A 3ηf =tanh mH fmH fm =H f U λA lU =2(L +W f )A l =LW f对流换热系数：ℎ=N μλ/d e准则方程层流N μ=1.86Re 1P r d e L Τ13μl μw0.14Re 1=d e V 1υair准则方程紊流N μ=0.023Re 10.8P r 0.4∆T =QR5.输出结果:1.风量q 1& 风压P 1&.风速V 1：2.基板温度T w1利用模块的热阻参数以及接触热阻计算T j 确认其低于设定值。
实验8 空气横掠单管强迫对流换热系数测定实验
实验8 空气横掠单管强迫对流换热系数测定实验一、实验目的1. 测算空气横掠单管时的平均换热系数h 。
2. 测算空气横掠单管时的实验准则方程式13Re Pr nNu C =⋅⋅。
3. 学习对流换热实验的测量方法。
二、实验原理 1对流换热的定义对流换热是指在温差存在时，流动的流体与固体壁面之间的热量传递过程。
2、牛顿冷却公式根据牛顿冷却公式可以测算出平均换热系数h 。
即：h=)(f W t t A Q-Q A t=⋅∆ w/m 2·K （8-1）式中：Q — 空气横掠单管时总的换热量， W ； A — 空气横掠单管时单管的表面积，m2;w t — 空气横掠单管时单管壁温 ℃；f t — 空气横掠单管时来流空气温度 ℃；t ∆— 壁面温度与来流空气温度平均温差，℃；3、影响h 的因素1）.对流的方式： 对流的方式有两种； （1）自然对流 （2）强迫对流 2）.流动的情况：流动方式有两种；一种为雷诺数Re<2200的层流，另一种为Re>10000的紊流。
Re — 雷诺数， Re vud =， 雷诺数Re 的物理定义是在流体运动中惯性力对黏滞力比值的无量纲数。
上述公式中，d —外管径（m ），u —流体在实验测试段中的流速（m/s ），v —流体的运动粘度（㎡/s ）。
3）.物体的物理性质： Pr — 普朗特数，Pr=αν= cpμ/k 其中α为热扩散率, v 为运动粘度, μ为动力粘度；cp 为等压比热容；k 为热导率； 普朗特数的定义是：运动粘度与导温系数之比 4).换面的形状和位置 5).流体集体的改变 相变换热 ：凝结与沸腾4、对流换热方程的一般表达方式强制对流：由外力（如：泵、风机、水压头）作用所产生的流动 强迫对流公式为(Re,Pr)Nu f =自然对流：流体因各部分温度不同而引起的密度差异所产生的流动。
自然对流公式为Nu=f （Gr ，Pr ） 1）.Re=vul =雷诺数Re 的定义是在流体运动中惯性力对黏滞力比值的无量纲数Re=UL/ν 。
强迫对流换热
4）动力粘度，Pas；运动粘度＝/，m2/s。流体
的粘度影响速度分布与流态，因此影响对流换热；
(5) 换热表面的几何因素
换热表面的几何形状、尺 寸、相对位置以及表面粗糙 度等几何因素将影响流体的 流动状态，因此影响流体的 速度分布和温度分布，对对 流换热产生影响。
(d) 在层流边界层与层流底层内，垂直于壁面方向上 的热量传递主要靠导热。湍流边界层的主要热阻在层 流底层。
19
对流换热微分方程组简化为
u v 0 x y
u
u x
v
u y
1
dp dx
2u y 2
u t v t x y
a
2t y 2
20
10-3 外掠等壁温平板层流换热分析解简介
16
2. 边界层理论与对流换热微分方程组的简化
(1) 边界层概念
1) 流动边界层 速度发生明显变 化的流体薄层。
湍流核心
流动边界层厚度 :
u 0.99u l
流场的划分:
主流区：y> 理想流体
边界层区: 0 y
u
存在速度梯度与粘性力的作用区。
y
边界层的流态： 层流边界层、过渡区、湍流边界层
Nux 是 以 x 为 特 征 长 度的局部努塞尔数
平均表面传热系数h 为 Rex
h1 l
l 0
hx
dx
1 l
l C x1/2dx
0
u x
2C l 1/2
2hxl
平均努塞尔数:
Nu
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强迫风冷对流换热系数
强迫风冷对流换热系数是指在强制对流条件下，空气通过物体表面时所能带走的热量与流体速度、温度差等参数之间的关系。
强迫风冷对流换热系数的高低直接影响了物体表面的冷却效果和经济性。
在实际应用中，强迫风冷对流换热系数的求解需要考虑多种因素，如流体的性质、流动的速度、物体表面的形状和温度等。
通常采用实验方法和数值模拟等手段来研究强迫风冷对流换热系数的变化规律，以便优化换热器的设计和使用效果。
随着科学技术的不断进步，人们对强迫风冷对流换热系数的研究也在不断深入。
未来，我们可以利用先进的计算方法和实验技术，不断探索强迫风冷对流换热系数的规律和应用，为实现更高效、更节能的热工系统做出贡献。
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