POLITECHNIKA WARSZAWSKA

Wydział Mechatroniki

Instytut Mikromechaniki i Fotoniki

Modelowanie i symulacja urządzeń mechatronicznych - laboratorium

ĆWICZENIE 2

„Badanie zjawisk cieplnych w mikrosilniku elektrycznym z radiatorem”

Wykonał:

Wojciech Dera

Gr. 74

1. Cel ćwiczenia

Celem przeprowadzonego ćwiczenia jest praktyczne zapoznanie się z zasadami modelowania zjawisk cieplnych w układach napędowych. Przeprowadzenie ćwiczenia pozwalało poznać proste metody modelowania polowego na przykładzie radiatora silnika.

1. Zamodelowanie silnika zawieszonego w powietrzu

Pierwszym etapem ćwiczenia było zarejestrowanie odpowiedzi temperaturowych elementów silnika na skok mocy cieplnej. W tym celu wykorzystano gotowy model silnika dostępny w materiałach do laboratorium. Poniższe ilustracje przedstawiają okna dialogowe z uzupełnionymi polami:

Za wartość temperatury otoczenia podstawiono 20⁰C. Do modelu silnika doprowadzono sygnał mocy cieplnej równy P_w= 4 W. Poniższy rysunek przedstawia odpowiedzi temperaturowe poszczególnych elementów silnika.

Rys 1. Odpowiedzi temperaturowe elementów silnika umieszczonego w powietrzu

1. Zamodelowanie radiatora

Zaprojektowany model radiatora składa się z pięciu współosiowych warstw o takiej samej wysokości. Wszystkie parametry warstw radiatora zestawiono w poniższej tabeli.

Parametr	Wartość	Jednostka
Wysokość warstwy	5	mm
Grubość radiatora	5	mm
Gęstość materiału radiatora	2, 75 • 10^−3	$$\frac{g}{\text{mm}^{3}}$$
Współczynnik przewodności cieplnej	0, 164	$$\frac{W}{\text{mm} \bullet K}$$
Współczynnik oddawania ciepła do powietrza	15 • 10^−6	$$\frac{W}{\text{mm}^{2} \bullet K}$$
Ciepło właściwe	0, 88	$$\frac{J}{K \bullet g}$$

Zbudowano podsystem reprezentujący warstwy radiatora zgodnie z równaniami równowagi cieplnej. W podsystemie umieszczono następujące wejścia: P_ri,  T_i + 1,  T_ot,  R_i oraz wyjścia: P_ri + 1,  T_i,  R_i + 1. Wszystkie warstwy zostały zamodelowane w ten sam sposób. Zmieniający się promień wewnętrzny i zewnętrzny są przekazywane z każdej warstwy do kolejnej. W warstwie ostatniej wejście T_i + 1 zostało połączone z wyjściem T_i.

Rys. 2. Widok okna dialogowego warstwy

Rys. 3. Symulacyjny model układu mikrosilnika elektrycznego z radiatorem

Rys. 4. Schemat warstwy

1. Wyznaczenie ustalonego rozkładu temperatury w radiatorze

W tej części ćwiczenia należało zmienić wartość oporu cieplnego magnes- otoczenie, na opór cieplny magnes- radiator, który jest równy:

R_mr= 1,5K/W

Oprócz tego zmianie uległ też sygnał mocy cieplnej P_w, która wynosiła:

P_w=4W

Rys. 5. Przebieg temperatur w poszczególnych warstwach