Исследования по моделированию эквивалентной тепловой сети для редких

Dec 26, 2023

Том 12 научных отчетов, номер статьи: 18088 (2022) Ссылаться на эту статью

632 доступа

1 Цитаты

Подробности о метриках

Решающее значение для проектирования гигантских магнитострикционных преобразователей (ГМТ) имеет быстрый и точный анализ распределения температуры. Благодаря преимуществам низкой стоимости вычислений и высокой точности было разработано моделирование тепловой сети для термического анализа GMT. Однако существующие тепловые модели имеют свои ограничения для описания этого сложного теплового поведения в GMT: большинство исследований сосредоточено на стационарном состоянии, которое неспособно улавливать температурные отклонения; распределение температуры гигантских магнитострикционных (ГММ) стержней обычно считается однородным, тогда как градиент температуры на стержне ГММ значителен из-за его плохой теплопроводности; неравномерное распределение потерь ГММ редко учитывается в тепловой модели. Таким образом, в этой статье создана модель переходной эквивалентной тепловой сети (TETN) GMT с учетом вышеупомянутых трех аспектов. Во-первых, на основе конструкции и принципа работы GMT продольной вибрации был проведен термический анализ. После этого по процессу теплопередачи ГМТ была создана модель ТЭТН и рассчитаны соответствующие параметры модели. Наконец, точность модели TETN для временного и пространственного анализа температуры преобразователя подтверждается моделированием и экспериментом.

Гигантский магнитострикционный материал (ГММ), а именно Терфенол-Д, обладает такими достоинствами, как большая магнитострикция и высокая плотность энергии. Эти уникальные характеристики могут быть использованы для разработки гигантского магнитострикционного преобразователя (GMT), который можно использовать в широком спектре применений, таких как подводный акустический преобразователь, микродвигатели, линейные приводы и т. д.1,2.

Особую озабоченность вызывает возможный перегрев подводных ГМТ, которые выделяют значительное количество тепла из-за высокой плотности рассеиваемой мощности при работе на полную мощность и длительного времени возбуждения3,4. Кроме того, выходные характеристики GMT тесно связаны с температурой из-за большого коэффициента теплового расширения и его высокой чувствительности к внешней температуре5,6,7,8. Просматривая технические публикации, методы проведения термического анализа по Гринвичу можно разделить на две основные категории9: численные методы и методы с сосредоточенными параметрами. Метод конечных элементов (МКЭ) является одним из наиболее часто используемых методов численного анализа. Се и др.10 использовали метод конечных элементов для моделирования распределения источников тепла в гигантском магнитострикционном приводе и реализовали контроль температуры привода и конструкцию системы охлаждения. Чжао и др.11 создали совместное моделирование поля турбулентного потока и температурного поля методом конечных элементов и сконструировали интеллектуальное устройство контроля температуры компонентов GMM на основе результатов моделирования методом конечных элементов. Однако FEM очень требователен с точки зрения настройки модели и времени вычислений. По этой причине FEM считается ценным средством поддержки автономных вычислений, обычно на этапе проектирования преобразователя.

Метод сосредоточенных параметров, часто называемый моделью тепловой сети, широко используется в термическом динамическом анализе благодаря своей простой математической форме и высокой скорости вычислений12,13,14. Этот метод сыграл важную роль в решении проблемы теплового ограничения двигателей15,16,17. Меллор18 впервые использовал улучшенную Т-эквивалентную тепловую схему для моделирования процесса теплопередачи двигателя. Верес и др.19 создали трехмерную модель тепловой сети для синхронных машин с осевым потоком и постоянными магнитами. Боглиетти и др.20 предложили четыре модели тепловой сети различной сложности для прогнозирования кратковременных тепловых переходных процессов в обмотке статора. Наконец, Ван и др.21 установили подробные эквивалентные тепловые схемы для каждого компонента синхронной машины с постоянными магнитами и суммировали уравнения теплового сопротивления. Погрешность можно контролировать в пределах 5% при номинальных условиях.