本假設(shè)如下：考慮定子繞組銅損時(shí)，認(rèn)為渦流效應(yīng)對(duì)每根 股線的影響相同，取其平均值；定子繞組的匝間絕緣對(duì)傳熱的影響應(yīng)歸算到槽內(nèi)繞組的綜 合導(dǎo)熱系數(shù)中；流體流速小于聲速，把流體當(dāng)作不可壓縮性氣體考慮，忽略物性參數(shù)變化； 熱源發(fā)熱量保持均勻分布，不計(jì)熱輻射作用；忽略氣流波動(dòng)產(chǎn)生的影響。
[0050] 主驅(qū)動(dòng)電機(jī)模型建模邊界條件確定如下：進(jìn)風(fēng)口所在平面為流體入口邊界，出風(fēng) 口所在平面為流體出口邊界；出口壓力為標(biāo)準(zhǔn)大氣壓；除出口和入口邊界條件外，其余流 體與固體接觸面均為無(wú)滑移邊界；溫度場(chǎng)模型入口風(fēng)速根據(jù)滑跑、起飛、巡航和降落的實(shí)際 工況確定。
[0051] 運(yùn)行狀態(tài)下主驅(qū)動(dòng)電機(jī)冷卻介質(zhì)受三個(gè)物理規(guī)律的支配，即質(zhì)量守恒、動(dòng)量守恒 和能量守恒。由于求解域的流體運(yùn)動(dòng)為湍流運(yùn)動(dòng)，在數(shù)值仿真計(jì)算中，湍流模型采用時(shí)均形 式的微分方程。
[0052] 三維流體質(zhì)量守恒方程，也稱(chēng)作連續(xù)性方程，其方程式如下：
[0054] 其中，P為流體密度；t為時(shí)間；u、v和w是速度矢量在X、y和z方向的分量。
[0055] 動(dòng)量守恒方程，又稱(chēng)為Navier-Stokes方程：
[0057] 其中，￡7為速度矢量；μ為流體運(yùn)動(dòng)黏度，固體的運(yùn)動(dòng)黏度為無(wú)窮大；p為流體壓 力；f為作用在流體上的質(zhì)量力。
[0058] 能量守恒方程為：
[0060] 其中，c為流體的定壓比熱容；λ為導(dǎo)熱系數(shù)；T為流體溫度；ShS流體內(nèi)熱源；Φ 為能量耗散函數(shù)，其計(jì)算公式如下：
[0062] 其中，ε i為流體的變形張量，代表流體克服粘性所消耗的機(jī)械能，它將不可逆轉(zhuǎn) 地轉(zhuǎn)化為熱而耗散掉。
[0063] 在充分發(fā)展的湍流區(qū)域，反映湍流脈動(dòng)量對(duì)流場(chǎng)影響的湍流動(dòng)能方程和湍流應(yīng)力 方程可通過(guò)標(biāo)準(zhǔn)k_ ε方程得到其形式為：

[0066] 其中，k為湍流動(dòng)能；ε為湍流動(dòng)能耗散率；μ為粘度系數(shù)；μ t為湍流粘度；G 由于平均速度梯度引起的湍流動(dòng)能k產(chǎn)生項(xiàng)；Gb為由浮力引起的湍流動(dòng)能k的產(chǎn)生項(xiàng)；σ k為湍流動(dòng)能k對(duì)應(yīng)的Prandtl數(shù)；σ E為湍流動(dòng)能耗散率ε對(duì)應(yīng)的Prandtl數(shù)；G i E、G2 E和 G3E分別為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)；GlE= 1.44，G2E = 1.92，G3E = 0.09, σ k= 1.0, σ E = 1.3。μ t、Gk、 Gb分別采用下式計(jì)算：
[0071] 其中，h、μ j為湍流的脈動(dòng)速度；$為湍動(dòng)普朗特?cái)?shù)，可取C &為重力加 速度在第i方向上的分量，β為熱膨脹系數(shù)，Q為經(jīng)驗(yàn)常數(shù)。
[0072] 流固耦合溫度場(chǎng)計(jì)算k_ ε模型中，構(gòu)成k方程源項(xiàng)的湍流動(dòng)能耗散率ε的計(jì)算 方法如下：
[0074] 其中，kp為節(jié)點(diǎn)ρ的湍動(dòng)能；Δ y ρ為節(jié)點(diǎn)ρ到壁面的距離。
[0075] 電動(dòng)飛機(jī)主驅(qū)動(dòng)電機(jī)溫度場(chǎng)求解條件如下：
[0076] 耦合邊界上溫度連續(xù)條件：
[0077] Tj := Tjn
[0078] 耦合邊界上熱流密度連續(xù)條件：
[0079] qJ I = q J π
[0080] 耦合邊界上的第三類(lèi)條件：
[0082] 其中，Tw|是溫度分布函數(shù)，qw|是熱流密度分布函數(shù)，I和Π 是流固耦合交界面 上的固體域和流體域；h為表面?zhèn)鳠嵯禂?shù)，Tw為固體壁表面溫度，T f為流體溫度，區(qū)域Λ為 電動(dòng)飛機(jī)主驅(qū)動(dòng)電機(jī)的流體求解域，區(qū)域Γ為電動(dòng)飛機(jī)主驅(qū)動(dòng)電機(jī)的固體域，η為壁面外 法線。
[0083] 電動(dòng)飛機(jī)主驅(qū)動(dòng)電機(jī)溫度場(chǎng)計(jì)算區(qū)域中的控制體上的控制方程如下：
[0084]
[0085] 其中，Γ。為Φ的擴(kuò)散率；▽ Φ為Φ的梯度；S φ為單位體積上Φ的源項(xiàng)；V和 f為控制體;Α為控制面。主驅(qū)動(dòng)電機(jī)溫度場(chǎng)數(shù)值求解過(guò)程如圖2所示。
[0086] 溫度場(chǎng)求解的熱源包括銅損，鐵心損耗和機(jī)械損耗，需采用圖3中的電磁場(chǎng)-溫度 場(chǎng)耦合的辦法進(jìn)行求解，充分考慮了主驅(qū)動(dòng)電機(jī)電磁場(chǎng)和溫度場(chǎng)之間的耦合關(guān)系，進(jìn)行多 邊物理場(chǎng)的耦合求解，可提高計(jì)算的準(zhǔn)確度。
[0087] 在電動(dòng)飛機(jī)主驅(qū)動(dòng)電機(jī)流固耦合計(jì)算過(guò)程中，準(zhǔn)確的計(jì)算電機(jī)的損耗十分有用， 這是因?yàn)閾p耗是主驅(qū)動(dòng)電機(jī)溫度場(chǎng)求解的必要條件，也是求解過(guò)程中的邊界條件。
[0088] 主驅(qū)動(dòng)電機(jī)的銅損是主要損耗，而電動(dòng)飛機(jī)主驅(qū)動(dòng)電機(jī)電磁負(fù)荷高，運(yùn)行頻率大， 繞組處于復(fù)雜交變的磁場(chǎng)工況環(huán)境，為了精確計(jì)算銅損耗，必須要考慮集膚效應(yīng)產(chǎn)生的影 響，本發(fā)明中采用的銅損計(jì)算公式為：
[0090] 其中，m為主驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)交流電相數(shù)，本文取3 為并聯(lián)股線間的環(huán)流系數(shù)；kj% 渦流損耗系數(shù)；η為線圈寬度上的導(dǎo)線數(shù)；b為線圈寬度；bs為槽的寬度；匕為頻率；；為相 電流；Rs為時(shí)變電阻。k肩kj十算方式如下：
[0093] 其中，Ns為線圈匝數(shù)；11。。為槽中導(dǎo)線的總高度；h。為股線高；1 t為鐵心總長(zhǎng)；1 e為 繞組端部半匝長(zhǎng)。
[0094] 傳統(tǒng)的電機(jī)鐵損一般僅考慮磁滯損耗和渦流損耗，把損耗的偏差值加入到旋轉(zhuǎn)磁 化、加工等因素使鐵損增加的經(jīng)驗(yàn)系數(shù)中，這需要借助大量電機(jī)經(jīng)驗(yàn)數(shù)據(jù)。而對(duì)于電動(dòng)飛機(jī) 主驅(qū)動(dòng)電機(jī)，屬于特種電機(jī)研究范疇，這種電機(jī)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)很少，因此靠鐵損差值的經(jīng)驗(yàn)系數(shù) 計(jì)算的鐵損值不可行。除此之外，電動(dòng)飛機(jī)主驅(qū)動(dòng)電機(jī)電磁特性較常規(guī)電機(jī)特殊，電磁負(fù)荷 高，在磁場(chǎng)增大或者減少過(guò)程中存在波動(dòng)，這個(gè)過(guò)程中磁場(chǎng)波動(dòng)過(guò)程中形成小的磁滯回環(huán)， 如圖4所示，這必然會(huì)對(duì)磁滯損耗產(chǎn)生影響。因此，鐵心損耗的計(jì)算應(yīng)考慮局部磁環(huán)磁滯損 耗影響。其中鐵心損耗分為磁滯損耗、渦流損耗和異常損耗?？紤]磁滯回環(huán)下的總磁滯損 耗計(jì)算如下：
[0096] 其中，心磁滯損耗系數(shù)，Κ(ΔΒΤ)局部磁滯損耗修正系數(shù)，:為電機(jī)磁密值。
[0097] 電動(dòng)飛機(jī)主驅(qū)動(dòng)電機(jī)鐵損的計(jì)算方法如下：
[0099] 其中，kel為鐵芯渦流損耗系數(shù)，G為齒部或者輒部質(zhì)量，f為基波頻率，T i為電周 期，Bk為節(jié)點(diǎn)磁密，ka為正整數(shù)，ka=0，l，2,3· · ·。
[0100] 主驅(qū)動(dòng)電機(jī)旋轉(zhuǎn)過(guò)程中，還會(huì)產(chǎn)生小比例的機(jī)械損耗。機(jī)械損耗包括軸承摩擦損 耗及通風(fēng)損耗。
[0101] 軸承摩擦損耗計(jì)算如下：
[0103] 其中，F(xiàn)為軸承載荷；d為滾珠（或滾柱）中心處直徑；心為滾珠中心圓周速度。
[0104] 通風(fēng)損耗計(jì)算方法如下：
[0106] 其中，ks為轉(zhuǎn)子表面的外圓弧情況；h為轉(zhuǎn)子表面粗糙度；Cf為空氣摩擦系數(shù)，與 轉(zhuǎn)子表面剪切力有關(guān)；P g為空氣密度；ω為轉(zhuǎn)子的角速度；r為轉(zhuǎn)子半徑；1為轉(zhuǎn)子軸向長(zhǎng) 度。
[0107] 電動(dòng)飛機(jī)主驅(qū)動(dòng)電機(jī)總損耗為：
[0108] P = Pcu+Pcore+Pf+Pg
[0109] 網(wǎng)格是模擬與分析的載體。作為計(jì)算區(qū)域離散的產(chǎn)物，網(wǎng)格的好壞不僅直接關(guān)系 到數(shù)值計(jì)算的穩(wěn)定性、收斂性和計(jì)算效率，而且還關(guān)系到計(jì)算結(jié)果的正確性和分辨率。本發(fā) 明主要采用非結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)剖分，與結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格相比較，它放棄了任何內(nèi)在的結(jié)構(gòu)要求。非結(jié)構(gòu) 網(wǎng)絡(luò)為非有限差分型，主要用列表法保存有關(guān)網(wǎng)絡(luò)和網(wǎng)格節(jié)點(diǎn)的信息。
[0110] 非結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)法優(yōu)點(diǎn)是適合于復(fù)雜區(qū)域的網(wǎng)格劃分，特別對(duì)奇性點(diǎn)的處理很簡(jiǎn)單； 其隨機(jī)的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)更易于做網(wǎng)格自適應(yīng)，以便更好地捕獲流場(chǎng)的物力特性。
[0111] 電動(dòng)飛機(jī)主驅(qū)動(dòng)電機(jī)模型比較復(fù)雜，劃分網(wǎng)格時(shí)很難達(dá)到"越靠近壁面網(wǎng)格越細(xì)" 的要求，應(yīng)采用壁面函數(shù)法予以解決。
[0112] 壁面函數(shù)法實(shí)際是一組半經(jīng)驗(yàn)的公式，用于將壁面上的物理量與湍流核心區(qū)內(nèi)待 求的未知量直接聯(lián)系起來(lái)，其基本思想是：對(duì)于湍流核心區(qū)的流動(dòng)使用k_ ε模型求解，直 接使用半經(jīng)驗(yàn)公式將壁面上的物理量與湍流核心區(qū)內(nèi)的求解變量聯(lián)系起來(lái)。
[0113] 電動(dòng)飛機(jī)主驅(qū)動(dòng)電機(jī)溫度場(chǎng)熱邊界條件是由熱量交換過(guò)程動(dòng)態(tài)地加以決定，而不 能預(yù)先規(guī)定的耦合傳熱問(wèn)題