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小型高効率回転機の最適設計手法の構築を目指した伝熱流動特性の解明

阐明传热流动特性，旨在建立小型高效旋转机械的优化设计方法

基本信息

批准号：
16J02119
负责人：
湯淺朋久
金额：
$ 1.79万
依托单位：
University of Tsukuba
依托单位国家：
日本
项目类别：
Grant-in-Aid for JSPS Fellows
财政年份：
2016
资助国家：
日本
起止时间：
2016-04-22 至 2019-03-31
项目状态：
已结题

项目摘要

回転電気機械（以下回転機）は発電機あるいはモータとして、広く社会で使用されている。回転機の効率化、小型化のためには、回転機を冷却するための伝熱流動特性の把握が必要不可欠である。本研究は、回転機の伝熱流動特性を、実験的、数値解析的に把握し、対流熱伝達機構の解明を含む最適冷却設計手法の構築を目的とする。平成30年度は，回転機を模擬した構造として，内円筒に溝を有する二重円筒，噴流を付加した内円筒に溝を有する二重円筒を対象として，流動可視化実験と伝熱実験，三次元数値解析を行った．内円筒に溝を有する二重円筒に対して可視化実験と三次元数値解析を行った結果，溝内部において循環する渦の形成と回転方向の後方側壁面において剥離して逆流する渦の形成を確認した．この壁面から流れが剥離した領域では，高温の流体が滞留することで伝熱が妨げられ，これにより溝壁面の回転方向によって伝熱性能が変化したことが明らかとなった．噴流を付加した内円筒に溝を有する二重円筒に対して，流動可視化実験と三次元数値解析を行った結果，噴流Reynolds数と回転Reynolds数の比によって流動様式を分類可能なことを示し，通風冷却による空冷式発電機の冷却性能を向上できることを示した．モデル化した回転電気機械に熱回路網法を適用し，熱回路網法の実機適用性について調べた．その結果，構築した熱回路網法から予測される各部品の温度分布と伝熱実験装置から実測した温度分布は良い一致を示し，熱回路網の実機への適用性を確認した．以上より，回転電気機械の円筒面の形状変化が及ぼす伝熱流動特性への影響を明らかとし，小型高効率な回転電気機械の実現に向けた最適設計手法の構築を達成した．以上の実験的ならびに解析的知見は，工学分野だけでなく社会に対してもグリーンイノベーションへの貢献としてインパクトを与えることが予想される．

Electric machinery (hereinafter referred to as electric machinery) is used in the society. It is necessary to grasp the heat transfer and flow characteristics of the inverter for efficiency, miniaturization and cooling. This study aims to understand the heat transfer characteristics of the return engine, to analyze the numerical values, to understand the heat transfer mechanism, and to construct an optimal cooling design method. In 2010, the structure of the return engine was simulated, and the inner cylinder groove was double cylinder. The jet flow was added to the inner cylinder groove, and the double cylinder image was compared. The flow visualization was carried out. The three-dimensional numerical analysis was carried out. The results of the three-dimensional numerical analysis of the inner tube groove and the double tube groove confirmed the formation of the vortex in the inner groove and the formation of the vortex in the reverse direction. The wall surface of the trench is separated from the surface of the trench, and the high temperature fluid is retained in the trench. The results of three-dimensional numerical analysis show that the ratio of jet Reynolds number to return Reynolds number can be classified as possible. The application of the thermal loop network method to the electric and mechanical circuits of the electric and mechanical circuits is regulated. As a result, the temperature distribution of each component of the thermal loop network was predicted and the temperature distribution of the thermal control device was well consistent, and the applicability of the thermal loop network was confirmed. In this paper, the influence of the shape change of the cylinder surface and the heat transfer flow characteristics of the circuit motor is discussed, and the optimal design method for the realization of the small-sized high-efficiency circuit motor is achieved. The knowledge of the above analysis is reflected in the division of engineering into different fields, and the contribution of society to the development of new technologies.