本发明专利技术公开了一种新型的电机流场观测装置与方法。风源经第一风路转换管连接到示踪粒子注入区，示踪粒子注入区经第二风路转换管连接到实验电机模型的风路接口，实验电机模型主体结构采用透光材料，CCD高速相机和激光片光源分别安装在实验电机模型的侧方并朝向内部流场，CCD高速相机和激光片光源均与PIV专用计算机连接；激光照射到实验电机模型内带有示踪粒子的流场中，通过示踪粒子显示出流场的分布和状态运动情况，被CCD高速相机采集得到。本发明专利技术可用于电机内部冷却空气流场的观测，并能准确模拟实际电机运行的工况，保证电机冷却空气流场观测的准确性，并从微观上观测冷却空气流场以优化电机散热结构。
【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及了一种观测装置与方法，尤其是涉及了一种，可用于电机内部冷却空气流场的观测，利用粒子图像测速技术(particle imagevelocimetry，PIV)从微观上观测冷却空气流场以优化电机散热结构。
技术介绍
近年来，随着应用场合的多样化，电机设计的大功率密度，高可靠性和紧凑化越来越成为研究人员追求的目标。在这一发展过程中，人们却不得不面对这三者之间无法兼顾的窘境。而限制这三个需求的关键，就是电机温升。过高的电机温升将会带来电机过热、绝缘失效、永磁体失效等一系列问题。温升的控制主要有两个方面，一是电机损耗，二是电机散热。如今对于电机损耗的控制和优化已经有了很多研究，而对于电机散热优化分析却比较少。因此对于电机散热的优化，将对于电机设计，特别是大功率电机设计有着极大的意义。在电机损耗不变的前提下，电机的冷却能力决定了电机的温升。而温升又影响到电机的绝缘情况，额定容量以及是否出现退磁等更严重的问题。因此，如何提升电机的冷却性能已经成为电机设计、制造中的重要问题。气冷和液冷是两种主要的冷却方式。由于气冷冷却结构简单，需要的附加设备较少，一直是研究的热门。但是在散热分析时，水冷的流量和温升更易于测量和计算。对于水冷电机，通过对于冷却液流量以及进出口温差的测量，就能比较精确地分析一个散热方案的有效性。相对于水冷，风冷是以空气做冷却介质，在相同条件下其向外传热系数仅为水冷传热系数的四十分之一左右，所以一般而言气冷中空气的流量和流速远远大于水冷，这就为精确分析流量带来了问题。同时由于电机中冷却空气通道结构复杂，比如转子结构，定子以及转子的绕组等部位，都是发热严重需要详细的冷却性能分析的部位，但是其复杂的结构使得气流在其中的流动有更多的不确定性，极易出现湍流等复杂的流体情况，使得对其的研究变得更加的困难。因此对于电机冷却空气流场的研究，很难做到精确计算而只能采取一定的方法对其进行观测。对电机冷却空气流场的观测，是优化电机散热的基础。随着图像处理技术和计算机技术的进步，粒子图像测速技术(particleimagevelocimetry’PIV)得到了长足发展，现在己被广泛应用于各种流场的测量，从定常流动到非定常流动、低速流动到高速流动、单相流动到多相流动等。PIV的基本原理是在流场中散布示踪粒子，同时用激光片光源入射到所测流场区域中，照亮所测平面的示踪粒子，通过极短时间内的连续两次或多次曝光，将粒子图像记录到底片或CCD高速相机上。利用相关计算方法对于相邻两张照片的粒子进行分析，得到两张照片中图片的对应关系，进而可获得粒子在拍摄时刻的瞬时速度。Bryanston-Cross，P.J.在其 1993年发表的论文《The Applicat1n of PIV(Particle Image Velocimetry)to transonic Flow Measurements》中利用PIV技术分析了飞机引擎中进气流的问题，就是一个早期PIV技术应用的典型。其分析了传统方式下难以分析的较为复杂架构内部的气体流场状态，并取得了一些进一步优化结构所需的数据。
技术实现思路
为优化电机散热结构提供实验数据，本专利技术提出了一种，利用实验的方法观测冷却空气流场情况，对流场的边界问题进行观测，尤其是在流固接触面附近的流场边界效应。本专利技术的技术方案为:一、一种新型的电机流场观测装置:包括风源、示踪粒子注入区和实验电机模型，风源经第一风路转换管连接到示踪粒子注入区，示踪粒子注入区经第二风路转换管连接到实验电机模型的风路接口，实验电机模型的主体结构采用透光材料，CCD高速相机和激光片光源分别安装在实验电机模型的侧方并朝向实验电机模型内部的流场，CCD高速相机和激光片光源均与PIV专用计算机连接。所述的实验电机模型的外壳和定转子必要部位采用透光材料，以利于根据PIV技术的原理，高速相机精确捕捉流场情况，其余部位采用与实际电机相同的材料，以充分还原实际电机的流场情况。所述的实验电机模型的主体结构采用有机玻璃等透光性能良好的材料制作。所述的激光片光源朝向实验电机模型内部流场，并调整激光片光源使其发射的激光面和所需要观测的面重合。所述的CCD高速相机朝向所需要拍摄的观测面。二、一种新型的电机流场观测方法:风源启动，示踪粒子注入到示踪粒子注入区，使得示踪粒子和流场混合均匀，风力将示踪粒子经风路接口吹入到实验电机模型中，激光片光源发射激光照射到实验电机模型内带有示踪粒子的流场中，通过示踪粒子显示出流场的分布和状态运动情况，进而被CCD高速相机采集得到。优选地所述的示踪粒子采用雾化小液滴。根据本实验流场的速度以及流场的物理化学特性，采用雾化小液滴作为实验的示踪粒子，在流场进入实验电机模型前将示踪粒子和流场混合均匀，保证一定的示踪粒子浓度可以得到理想的观测效果。流场观测中，采用可控加热设备进行温度工况的模拟，采用离心风机进行通风工况的模拟。工况模拟时，主要考虑模拟电机的温度工况以及通风工况。温度工况采用可控加热设备比如电热带等加热电机模型中的相应部位铁材料模拟实际电机发热;通风设备采用离心风机，通过调节风机转速达到控制通风以模拟实际电机的通风工况。本专利技术是通过粒子图像测速技术观测电机内部冷却空气流场。整套装置包括PIV设备(主要包括激光片光源和高速相机)，实验电机模型，加热设备以及通风设备等。采用激光片光源和高速相机的配合观测冷却空气流场情况，尤其是在流固接触面附近的流场边界效应。本专利技术首先根据实际电机结构，以有机玻璃等透光性良好的材料制作所需要的实验模型。然后根据实际电机运行工况，利用离心风机，可控加热设备等设备在实验电机模型中模拟实际电机的流场和温度场。选择合适的示踪粒子，在流场进入实验电机模型前将示踪粒子和流场混合均匀，调整激光片光源使其入射到所测流场区域中，照亮所测平面的示踪粒子，利用CCD高速相机记录流场中示踪粒子的运动图像，分析得到所需要观测流场的速度分布。本专利技术的有益效果是:1、本专利技术可得到电机内部流场的精确分布情况，尤其可以得到流固接触面的边界流场分布情况。2、电机模型的主体结构采用有机玻璃等透光性能良好材料制作。根据PIV技术的原理，实验电机模型外壳以及定转子必要部位使用透光材料制作，以利于高速相机精确捕捉流场情况，实验电机模型其余部位尽量采用和实际电机相同的材料制作，以充分还原实际电机的流场情况。3、实验时采用离心风机等设备提供实验电机模型风源，采用可控加热设备加热实验电机模型定转子以及绕组等发热部位。准确模拟实际电机运行的工况，保证电机冷却空气流场观测的准确性。4、选择合适的示踪粒子。根据本实验流场的速度当前第1页1 2 本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种新型的电机流场观测装置，其特征在于：包括风源(1)、示踪粒子注入区(3)和实验电机模型(6)，风源(1)经第一风路转换管(2)连接到示踪粒子注入区(3)，示踪粒子注入区(3)经第二风路转换管(4)连接到实验电机模型(6)的风路接口(5)，实验电机模型(6)的主体结构采用透光材料，CCD高速相机(7)和激光片光源(8)分别安装在实验电机模型(6)的侧方并朝向实验电机模型(6)内部的流场，CCD高速相机(7)和激光片光源(8)均与PIV专用计算机(9)连接。
【技术特征摘要】
【专利技术属性】
技术研发人员：方攸同，李统，陈威，黄晓艳，马吉恩，
申请(专利权)人：浙江大学，
类型：发明
国别省市：浙江;33
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