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电机径向通风的空气—空气冷却器传热计算.pdf

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电机径向通风的空气—空气冷却器传热计算.pdf
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能源研究与信息 第 28 卷 第 2 期 Energy Research and Information Vol. 28 No. 2 2012 收稿日期: 2012-02-28 作者简介: 张海凤( 1975-),女(汉),硕士研究生、工程师, zhanghaifeng846@sohu.com 文章编号 : 1008-8857(2012)02-0116-04 电机径向通风的空气 — 空气冷却器传热计算 张海凤 , 成 函 (湘潭电机股份有限公司电机事业部 , 湖南 湘潭 411101) 摘 要 : 针对径向通风、管束整体为矩形排列的电机空—空冷却器建立了分区域的传热计算模型,给出了针对不同的内风路温度条件所采取的传热计算方法,采用优选取值法计算方法用于空—空冷却器分区域的传热计算。该计算模型的计算数据通过与实验数据的对比进行了修正。根据该计算模型编制了计算软件进行冷却器设计,目前的冷却器设计软件从换热及与风扇匹配角度来讲均可满足设计要求。 关键词 : 空—空冷却器 ; 电机冷却 ; 传热计算 中图分类号 : TK172 文献标识码 : A 电机的空气—空气冷却器(简称空—空冷却器)是电机冷却的一种常用设备,利用环境空气冷却电机内部的热循环空气。与空—水冷却器(利用环境水冷却电机内部的热循环空气)相比,空—空冷却器不受用水条件限制,使电机的使用场合更加广泛[1]。另外,空—空冷却器的维护费用也比空 —水冷却器低。因此,空—空冷却器在电机的冷却中占有非常重要的地位。空—空冷却器的换热管一般采用光滑的碳钢管或铝管,管束整体排列形式有矩形、 M 形或 V 形等,局部排列形式又有顺排和叉排等。从管束整体排列形式看,矩形排列的空冷器体积小,但内风路(热循环空气流路)阻力大, M 型排列和 V 型排列流动阻力小,但换热器体积大,各有特点。从管束局部排列形式看, Wong[2]给出的光滑管管束的管外对流换热和流动阻力的计算式表明,叉排的传热系数高于顺排,相应的流体流动阻力也高一些。前苏联动力技术物理研究所[3]对叉排和顺排管束研究得到了相同的研究结果。从传热和流动阻力的综合效应来看,还是叉排效果好一些。 因此空 —空冷却器一般也采用叉排布置。 空 —空冷却器根据电机的形式有径向通风和轴向通风之分,也各有特点,其中径向通风的应用更广泛一些。本文通过研究确立了空 —空冷却器的传热计算模型,编制软件进行验证和设计,在设计时考虑了冷却系统的要求。 1 径向通风空—空冷却器计算模型 典型的卧式电机径向通风空—空冷却器的结构和空气流动模型图如图 1 所示。图中的下部连接电机水平方向为轴向。冷却器中布置了 3 块隔板,引导内风的流动,中间隔板与两侧的隔板距离相等。 第 2 期 张海凤 , 等 : 电机径向通风的空气—空气冷却器传热计算 117从电机中出来的内风自下而上径向流入冷却器 ,在隔板的作用下,分两路横向流过管束至冷却器上部空间, 再转向向下横向流过管束。 被冷却后的电机内风从出口 1 和出口 2 径向流出冷却器,进入电机。外风在管内轴向流动,从一端流入,另一端流出。 2 径向通风空—空冷却器传热计算方法 计算方法是分区域计算。如图 1 所示,将冷却器划分为 4 个区域,单独对每个区域进行传热计算。对于每个区域而言,冷、热流体均构成单一的错流流动,可对每个区域单独计算传热温差。根据已知条件,可先从某个区域开始传热计算,然后根据区域之间的参数联系,计算相关联的下一个区域,最后完成所有区域的计算。 图 1 径向通风空空冷却器计算模型 Fig. 1 Calculation model for the radial ventilation air cooler 对于冷、热两股流体对流换热,主要计算公式为[4] 111p1QGC TT (1)  222 2pQGC T T (2) tKAQ 0(3) 000m111iiA AKh hA A  (4) 式中, Q 为换热量; G1、 G2分别为热、冷流体的质量流量; Cp1、 Cp2分别为热、冷流体的比热容; T1、 T2分别为热、冷流体的进口温度; T1、 T2分别为热、冷流体的出口温度; K 为传热系数; Ao为管外传热面积; Ai为管内传热面积; Am为管中心传热面积; t 为传热温差,冷却器整体计算对数平均温差作为传热温差[4]; ho为管外对流换热系数; hi为管内对流换热系数;为管子壁厚; 为管子导热系数。 对于冷、热两种流体对流换热的计算,每种流 体必须至少知道一个温度:进口温度或者出口温度。对于电机空—空冷却器的计算,外风往往已知进口温度 Tc1,内风则要么给定进口温度 Tr1,要么给定出
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