Un flujo de trabajo basado en CFD 3D para el análisis de una amplia gama de condiciones de flujo y transferencia de calor en los espacios de aire de las máquinas eléctricas
Autores: nidari, Anton; Katranik, Toma
Idioma: Inglés
Editor: MDPI
Año: 2022
Acceso abierto
Artículo científico
2022
Un flujo de trabajo basado en CFD 3D para el análisis de una amplia gama de condiciones de flujo y transferencia de calor en los espacios de aire de las máquinas eléctricas
Categoría
Ingeniería y Tecnología
Subcategoría
Ingeniería Mecánica
Palabras clave
Máquinas eléctricas
Conceptos de refrigeración
Correlaciones de transferencia de calor
Espacios de aire
Modelo CFD 3D
Fenómenos de flujo
Licencia
CC BY-SA – Atribución – Compartir Igual
Consultas: 1
Citaciones: Sin citaciones
El aumento de las densidades de potencia de las máquinas eléctricas en vehículos eléctricos, junto con la búsqueda de conceptos de refrigeración mejorados, resalta la importancia de definir correlaciones adecuadas de transferencia de calor en los espacios de aire. Este es un tema altamente desafiante, ya que no existen descripciones de fenómenos de flujo y transferencia de calor aplicables de manera general para los espacios de aire debido a sus propiedades geométricas y condiciones de operación altamente variables. Como respuesta a este desafío, este documento presenta un flujo de trabajo que define un modelo CFD 3D adecuado para un diseño arbitrario de espacio de aire que incluye sus condiciones de contorno dependientes del sistema. El flujo de trabajo se basa en el reconocimiento de los fenómenos de flujo subyacentes en el espacio de aire, que se utilizan para guiar el diseño posterior del modelo CFD 3D de manera sistemática y paso a paso. En consecuencia, la complejidad del modelo CFD 3D aumenta gradualmente hasta el punto en que proporciona una descripción adecuada del flujo y la transferencia de calor. La validación del flujo de trabajo se presenta para una amplia gama de diseños de espacios de aire y condiciones de flujo. Se demuestra que los modelos CFD 3D obtenidos con el flujo de trabajo coinciden con los datos obtenidos experimentalmente de varios casos de flujo que han sido documentados en la literatura. Se logra una optimización considerable de los costos computacionales, ofreciendo potencialmente una reducción de un orden de magnitud en el tiempo de cálculo, como resultado de la optimización del alcance del dominio computacional y la aplicación de simulaciones transitorias solo cuando es necesario. La validación confirma que este flujo de trabajo facilita la construcción de modelos CFD 3D válidos sin el conocimiento previo de los fenómenos de flujo y transferencia de calor en un espacio de aire específico. Este flujo de trabajo, por lo tanto, proporciona una herramienta confiable y computacionalmente eficiente para la valorización de la transferencia de calor por convección, y abre perspectivas para optimizaciones de diseño de sistemas de refrigeración de máquinas eléctricas que sean eficientes en tiempo y costo.
Descripción
El aumento de las densidades de potencia de las máquinas eléctricas en vehículos eléctricos, junto con la búsqueda de conceptos de refrigeración mejorados, resalta la importancia de definir correlaciones adecuadas de transferencia de calor en los espacios de aire. Este es un tema altamente desafiante, ya que no existen descripciones de fenómenos de flujo y transferencia de calor aplicables de manera general para los espacios de aire debido a sus propiedades geométricas y condiciones de operación altamente variables. Como respuesta a este desafío, este documento presenta un flujo de trabajo que define un modelo CFD 3D adecuado para un diseño arbitrario de espacio de aire que incluye sus condiciones de contorno dependientes del sistema. El flujo de trabajo se basa en el reconocimiento de los fenómenos de flujo subyacentes en el espacio de aire, que se utilizan para guiar el diseño posterior del modelo CFD 3D de manera sistemática y paso a paso. En consecuencia, la complejidad del modelo CFD 3D aumenta gradualmente hasta el punto en que proporciona una descripción adecuada del flujo y la transferencia de calor. La validación del flujo de trabajo se presenta para una amplia gama de diseños de espacios de aire y condiciones de flujo. Se demuestra que los modelos CFD 3D obtenidos con el flujo de trabajo coinciden con los datos obtenidos experimentalmente de varios casos de flujo que han sido documentados en la literatura. Se logra una optimización considerable de los costos computacionales, ofreciendo potencialmente una reducción de un orden de magnitud en el tiempo de cálculo, como resultado de la optimización del alcance del dominio computacional y la aplicación de simulaciones transitorias solo cuando es necesario. La validación confirma que este flujo de trabajo facilita la construcción de modelos CFD 3D válidos sin el conocimiento previo de los fenómenos de flujo y transferencia de calor en un espacio de aire específico. Este flujo de trabajo, por lo tanto, proporciona una herramienta confiable y computacionalmente eficiente para la valorización de la transferencia de calor por convección, y abre perspectivas para optimizaciones de diseño de sistemas de refrigeración de máquinas eléctricas que sean eficientes en tiempo y costo.