Polowa analiza nagrzewania aktuatora z uwzględnieniem promieniowania poprzez modyfikację współczynnika konwekcji

• Autorzy: Tomczuk B. , Waindok A.

Warianty tytułu

EN

Field Analysis of a Linear Actuator Heating Including Radiation by Modification of the Heat Transfer Coefficient

• Języki publikacji: PL

Abstrakty

PL

W artykule przedstawiono wyniki obliczeń pola temperaturowego analizowanego w siłowniku liniowym tubowym prądu stałego z magnesami trwałymi (PMDCTLA – permanent magnet direct current tubular linear actuator). Badany siłownik jest przeznaczony do pracy ciągłej w stanowiskach do badań zmęczeniowych. Poprawne określenie nagrzewania konstrukcji siłownika jest związane z ograniczeniami dotyczącymi dopuszczalnej temperatury magnesów. Dlatego też, wykonano polowy model matematyczny do analizy nagrzewania z wykorzystaniem metody elementów skończonych. W przypadku jednoczesnego uwzględnienia promieniowania i konwekcji zmodyfikowano warunek brzegowy poprzez wprowadzenie innowacyjnego współczynnika konwekcji. Określono nieliniowy składnik opisujący zjawisko promieniowania. Osiągnięciami pracy są również obliczenia współczynników statycznego modelu cieplnego, które prawidłowo odwzorowują stan ustalony nagrzewanego obiektu. Przeanalizowano cztery modele statyczne. Różnią się one stopniem uwzględnienia każdego ze zjawisk zachodzących w procesie przepływu ciepła. Wykonanie wielowariantowych obliczeń wymagało wykonania oryginalnego, autorskiego algorytmu. Dzięki jego wdrożeniu było możliwe uwzględnienie nieliniowego warunku brzegowego ujmującego zarówno konwekcję, jak i promieniowanie. Zbadano wpływ uwzględnienia poszczególnych zjawisk fizycznych na czas trwania obliczeń każdego z rozpatrywanych przykładów. Modele numeryczne zweryfikowano pomiarowo.

EN

The calculation results for the thermal field analyses in the permanent magnet direct current tubular linear actuator (PMDCTLA) have been presented in the paper. The considered actuator is purposed for the perpetual operation in the fatigue test stand. The proper determination of the actuator heating is related to the limitations connected with the permanent magnet temperature. Thus, for the analysis of the actuator heating, the mathematical field model with finite element method (FEM) has been created. In the case of including both thermal radiation and convective heating the modification of the boundary conditions, by the involving the innovative convective heat transfer coefficient, has been done. The nonlinear component describing the radiation phenomenon, has been determined. The calculations of the static thermal model coefficients, chich map correctly the steady-state of the device heating, are some achievements of this work. Four static models have been analyzed. They differ each to other in terms of including each phenomenon occurring in the heat transfer. Execution of the multi-variant calculations required doing of the original, own algorithm. Owing its running it was possible to develop the adequate nonlinear boundary condition for taking into account both thermal convection and radiation. The influence of the physical phenomena including the simulation time of each calculated case, has been studied. The numerical models have been verified experimentally.

Słowa kluczowe

PL

siłowniki o ruchu liniowym; obliczenia pola temperatury; zjawisko promieniowania ciepła

EN

linear actuators; thermal field calculations; thermal radiation phenomenon

• Wydawca: Sieć Badawcza Łukasiewicz - Górnośląski Instytut Technologiczny
• Czasopismo: Maszyny Elektryczne : zeszyty problemowe
• Rocznik: 2013
• Tom: Nr 3(100), cz. 1
• Strony: 117--122
• Opis fizyczny: Bibliogr. 6 poz., rys., tab., wz.

Twórcy

autor

Tomczuk B.

• Politechnika Opolska Wydział Elektrotechniki, Automatyki i Informatyki Katedra Elektrotechniki Przemysłowej

autor

Waindok A.

• Politechnika Opolska Wydział Elektrotechniki, Automatyki i Informatyki Katedra Elektrotechniki Przemysłowej

Bibliografia

• [1] Gieras J.F., Piech Z.J., Tomczuk B.Z., Linear synchronous motors, USA, CRC Press, Taylor & Francis Group, 2011.
• [2] Lide D.R., Handbook of chemistry and physics, 84th Edition, USA, CRC Press LLC, 2004.
• [3] Tomczuk B., Waindok A., Linear motors In mechatronics – achievements and open problems, w: Transfer of innovation to the interdisciplinary teaching of mechatronics for the advanced technology needs, Opole University of Technology, Opole, Poland, OWPO, 2009, 343-360.
• [4] Informacja na www.mmcmagnetics.com (stan na 02.04.2013r.).
• [5] Waindok A.: Obliczanie i pomiar nagrzewania tubowego silnika liniowego z magnesami trwałymi, Prace Naukowe Instytutu Maszyn, Napędów i Pomiarów Elektrycznych Politechniki Wrocławskiej, Nr 66, Studia i monografie Nr 32, 2012, s. 304-311.
• [6] Tomczuk B., Waindok A., Wajnert D.: Obliczenia pola magnetycznego i jego parametrów całkowych w aktuatorze liniowym oscylacyjnym z magnesami trwałymi, Zeszyty Problemowe – Maszyny Elektryczne, nr 87, 2010, wyd. BOBRME Komel, s. 79-84.