凹槽结构对航空高速电机定转子环隙内流场影响的数值模拟分析OA

航空电机定转子间环隙内流体的流动特征对散热特性和摩擦损耗的评估至关重要。为了探究航空用高速电机定转子尺度的狭小环隙的流动是否符合传统泰勒涡流的特征,针对定转子环隙内泰勒涡流与凹槽结构对流动换热的影响问题,本文采用数值模拟方法研究了小气隙(1 mm)和高转速(>10000 r/min)条件下带24个凹槽结构的环隙流场特性。通过建立周期性简化模型,运用结构化网格与Realizable k-ε湍流模型,分析了不同雷诺数下流场分布规律及换热特性。结果表明,凹槽结构使各向速度分量较光滑壁面降低8%~16%,泰勒涡能量集中在内壁面附近;当泰勒数超过1×10^(5)时,凹槽内形成小尺度涡流,促使平均努塞尔数增长14.9%~16.5%,显著强化换热;温度场分布显示凹槽区域存在明显的温度梯度跃变,高泰勒数工况下温度均匀性提升15%~20%。研究证实,凹槽结构通过改变泰勒涡分布形态和能量传递路径,在高速条件下可有效增强环隙换热能力,为航空电机热管理设计提供了理论依据。