Elektrik motoru iç hacmindeki akışın sayısal olarak incelenmesi
Numerical study of flow structure in electric motor cavities
- Tez No: 1016513
- Danışmanlar: PROF. DR. HASAN KARABAY
- Tez Türü: Yüksek Lisans
- Konular: Makine Mühendisliği, Mechanical Engineering
- Anahtar Kelimeler: Belirtilmemiş.
- Yıl: 2025
- Dil: Türkçe
- Üniversite: Kocaeli Üniversitesi
- Enstitü: Fen Bilimleri Enstitüsü
- Ana Bilim Dalı: Makine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
- Bilim Dalı: Belirtilmemiş.
- Sayfa Sayısı: Belirtilmemiş.
Özet
Elektrik motorlarının kullanım alanlarının ve sayısının artmasıyla birlikte bu motorlardan beklenen performans isterleri de artmıştır. Tasarımların daha kompakt ve yüksek güç yoğunluğuna sahip olmasıyla birlikte artan kayıplardan doğan ısının göz önünde bulundurulması önem arz etmektedir. Oluşan sıcaklıkların yönetilmesi hem motorun yapısal bütünlüğünün koruyabilmesi hem de çalışma verimliliğinin sürdürülebilmesi açısından büyük önem taşımaktadır. Motor iç hacmindeki akış yapısı hem ısı transferini hem de rüzgârlama kayıpları sonucunda moment farklarını doğrudan etkilemektedir. Bu çalışmada rotor geometrisi, devir sayısı ve kütlesel debi gibi tasarım parametrelerinin motor iç hacmindeki akış yapısına etkisi kapsamlı bir parametrik sayısal analiz ile incelenmiştir. Parametrik analizler kapsamında eksenel simetrik iki boyutlu modeller üzerinde, rotor ve statorun sabit sıcaklık sınır koşulları altında hava aralığındaki basınç dağılımı, viskoz moment kayıpları ve rotor yüzeyi ortalama taşınım katsayısındaki değişim geniş bir çalışma aralığında değerlendirilmiştir. Ayrıca üç boyutlu periyodik bir model oluşturularak rotor üzerinde açılan soğutma oluklarının akış yapısına ve soğutma performansına katkısı araştırılmıştır. Çalışma sonucunda elektrik motoru iç hacmindeki en kritik bileşenin hava aralığı kalınlığı ve eksenel debi olduğu görülmüştür. Oluklu rotor geometrisinin, elektrik motoru iç hacminde özellikle sargı sonlarında ısı transferini sınırlayan düşük hızlı akış bölgeleri etkileyerek ısı aktarımını belirgin ölçüde iyileştirmiştir. Sayısal sonuçlara göre, hava aralığı kalınlığının 3 mm'den 1 mm'ye düşürülmesi durumunda 0,05 kg/s sabit debi ve 3000 rpm koşulunda rotor yüzeyinden elde edilen ortalama taşınım katsayısının yaklaşık %56 oranında azaldığı, aynı şartlar için rotor yarıçapının 60 mm'den 100 mm'ye artırılmasının ise eksenel hızın düşmesine bağlı olarak ısı transfer katsayısında yaklaşık %37'lik bir azalmaya neden olduğu tespit edilmiştir. Üç boyutlu oluklu rotor geometrisinde gerçekleştirilen analizler sonucunda, oluksuz geometriye kıyasla dış duvardan uzaklaştırılan toplam ısı miktarının yaklaşık %30 oranında arttığı görülmüştür.
Özet (Çeviri)
With the increasing number and application areas of electric motors, the performance expectations from electric motors have significantly risen. As motor designs become more compact and operate at higher power densities, the heat generated due to internal losses becomes a critical factor that must be addressed. Effective thermal management is essential not only for maintaining the structural integrity of the motor but also for ensuring sustained operational efficiency. The internal flow structure within the motor plays a crucial role, directly influencing both convective heat transfer and flow-induced torque losses. In this study, the effects of design parameters such as rotor geometry, rotational speed and mass flow rate on the internal flow field of the motor have been investigated through a comprehensive parametric numerical analysis. Within the scope of the parametric study, axisymmetric two-dimensional models were used to examine the pressure distribution in the air gap, viscous moment losses and variations in the average convective heat transfer coefficient on the rotor surface under constant-temperature boundary conditions for the rotor and stator. Additionally, a three-dimensional periodic model was constructed to evaluate the influence of cooling grooves machined on the rotor surface on the flow structure and cooling performance. The results indicate that the most critical factors governing the heat transfer within the motor cavity are the air-gap thickness and the imposed axial mass flow rate. Furthermore, the grooved rotor geometry was found to significantly enhance heat transfer by disturbing the low-velocity recirculation regions that form particularly around the coil-end zones, thereby promoting flow renewal and improving local convection. According to the numerical results, when the air-gap thickness is reduced from 3 mm to 1 mm under a constant mass flow rate of 0,05 kg/s and a rotational speed of 3000 rpm, the average convective heat transfer coefficient obtained from the rotor surface decreases by approximately 56%. Under the same operating conditions, increasing the rotor radius from 60 mm to 100 mm leads to an approximately 37% reduction in the heat transfer coefficient due to the decrease in axial velocity. Furthermore, the analyses performed on the three-dimensional grooved rotor geometry indicate that the total heat removed from the outer wall increases by approximately 30% compared to the smooth (ungrooved) geometry.
Benzer Tezler
- Elektrikli araçlar için gömülü sürekli mıknatıslı senkron makine tasarımının en uygunlaştırılmasına katkılar
Contributions to optimisation of interior permanent magnet synchronous machine for electric vehicles
AHMET HAKAN OĞUZ
Yüksek Lisans
Türkçe
2018
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiElektrik Mühendisliği Ana Bilim Dalı
DR. ÖĞR. ÜYESİ DERYA AHMET KOCABAŞ
- Bir şehir içi ulaşım otobüsünde motor kaynaklı iç gürültü yayılımının istatistiksel enerji analizi yöntemiyle incelenmesi
A survey of engine noise distribution throughout a coach by S.E.A. method
EREN DEMİRAL
Yüksek Lisans
Türkçe
2014
Makine Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. İSMAİL AHMET GÜNEY
- Improved thermal management of electrical vehicles usinginternal magnetic field of the electric motors
Elektrikli motorlarının dahili manyetikalanı kullanılarak elektrikli araçlarıngelişmiş termal yönetimi
BERKAY ARSLAN
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Makine MühendisliğiBoğaziçi ÜniversitesiMakine Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. HAKAN ERTÜRK
- Lab-scale DC electric arc furnace design and thermodynamic slag optimization for metal recovery from slag phase
Cüruf fazından metal geri kazanımı için laboratuvar ölçekli DC elektrik arf fırını tasarımı ve termodinamik cüruf optimizasyonu
MERT SARAÇOĞLU
Yüksek Lisans
İngilizce
2024
Metalurji Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMalzeme Bilimi ve Mühendisliği Ana Bilim Dalı
PROF. DR. SERVET İBRAHİM TİMUR
- On control of direct-drive permanent magnet synchronous machines in micromobility applications
Mikromobilite uygulamalarında kullanılan direkt sürüşlü kalıcı mıknatıslı senkron makinelerin kontrolü üzerine
KÜRŞAD METEHAN GÜL
Yüksek Lisans
İngilizce
2023
Elektrik ve Elektronik Mühendisliğiİstanbul Teknik ÜniversitesiMakine Ana Bilim Dalı
DOÇ. DR. AYHAN KURAL
DOÇ. DR. TUFAN KUMBASAR