23 października 2021


Projektowanie układu chłodzenia i badania związane z weryfikacją jego efektywności są często bardzo pracochłonne i wymagają uwzględnienia wielu czynników. Jednak w początkowych etapach pracy nieistotny jest precyzyjny model termiczny lecz prosta analiza pozwalająca wyłonić najbardziej obiecujące rozwiązanie pod względem postaci geometrycznej, czy też zastosowanych materiałów.

Maja Baier

Przedmiotem badań opisanych w artykule jest silnik elektryczny szczotkowy 240 W, stosowany w bolidach Silesian Greenpower, które ścigają się na najsłynniejszych torach Wielkiej Brytanii. Główną zasadą zawodów jest stosowanie tego samego silnika oraz pary 12-woltowych akumulatorów w każdym pojeździe. Wieloletnie doświadczenie oraz liczne badania i eksperymenty pokazały, że chłodzenie jednostki napędowej odgrywa zasadniczą rolę w ogólnej sprawności bolidów. Ze względu na brak możliwości ingerencji w konstrukcję silnika pozostaje wykorzystanie rozwiązań odbierających ciepło od zewnątrz – ze stalowej obudowy, z wału oraz elementów mocujących szczotki.

analiza chlodzenia silnika elektrycznego
Rys. 1

Najszybszą i najprostszą metodą sprawdzenia efektywności różnych rozwiązań jest przeprowadzenie serii analiz na uproszczonym modelu. Głównymi warunkami brzegowymi w symulacjach są temperatury zewnętrznych elementów zmierzone podczas godzinnego przejazdu bolidu na hamowni bez chłodzenia.
Ze względu na projektowanie układu chłodzenia w systemie NX, po otworzeniu odpowiedniego złożenia w module Modeling możliwe jest płynne przejście do modułu Advanced Simulation bez konieczności konwersji plików. W celu badania równoczesnego przepływu ciepła i ruchu powietrza wybrany został wariant analizy Coupled Thermal and Flow. Utworzenie nowej symulacji wiąże się z powstaniem trzech dodatkowych plików,  oprócz pliku ze złożeniem *.prt, powstaje plik z geometrią uproszczoną na potrzeby symulacji *_i.prt, plik z siatką MES *.fem oraz plik symulacyjny *.sim. W artykule przedstawiono zrzuty ekranowe z dwóch różnych symulacji.
Kolejnym krokiem jest przejście do modułu Modeling w celu edycji pliku *_i.prt. W radiatorach głównymi uproszczeniami geometrii jest usunięcie otworów montażowych, zaokrągleń, fazowań, czy też wycięć na szczotki, które nie wpływają znacząco na oddawanie ciepła, a niepotrzebnie podnoszą poziom skomplikowania siatki elementów skończonych (Rys. 1).

 

cały artykuł dostępny jest w wydaniu 10 (97) październik 2015