先进汽车缓速器研究进展

随着现代工艺的日新月异，金属功能结构部件长期处于电磁场等复杂的工况中，所衍生的机-电-热多场耦合问题日益突出，近年来已成为国内外科技工作者普遍关注的热点问题之一。John Voeller预测在未来25种重要的新技术中，多场耦合理论（Coupled Multi-field Theo-ry）将会得到长足的发展。各领域内的多场耦合问题在国际上得到广泛的重视，其理论在许多领域得到了较深入的研究，如场路耦合方法、分网误差分析、多物理场耦合系统的制动特性、多场耦合中开域边界处理、建模、计算方法改进和采用边界元法研究耦合接触问题等方面。耦合场研究在具体工程应用领域也有了较大的进步，如电磁感应加热问题、电-机-磁-热多场耦合模型、高温超导电力电缆研究；电子设备中不同电磁场之间的耦合问题、微波炉中的电-磁-热耦合问题、强电系统中的机-电耦合问题以及MEMS中的多场耦合问题等。

以成功应用于商品化软件为标志，将一类物理场耦合模型转化为离散模型来求解并将其可视化的方法，已在计算数学和软件技术的支持下得到实现，如偏微分方程的求解，有MATLAB、Mathematic、Maple和MathCAD等。数值模拟领域的软件以有限元分析法为代表，通用的300多个，专用的数以千计，已发展为各种物理场甚至各个行业中均有专业的有限元分析软件，如电磁场领域，国外的有ANSOFT（ANSYS公司，美国）、COSMOS/EMS（SRAC公司，美国）、MAGSOFT/Flux（MAGSOFT公司，法国）、Vector Field（Vector Field公司，英国）、JMAG-Designer（JSOL公司，日本）等；国内的有西安交通大学、原子能物理研究院、华中理工大学、沈阳工业大学和北京飞箭公司等。计算流体力学（CFD）的通用软件有PHOENICS、FLUENT、STAR-CD及ANSYS-CFX等，PHOENICS是最早推出的CFD通用软件；FLUENT、STAR-CD及ANSYS-CFX是目前国际市场上主流软件。在多场耦合问题建模和仿真方面，使用MATLAB和ADAMS的机-电领域仿真已广泛使用，但目前还不能做到同步仿真。MARC、ANSYS、FEMLAB、JMAG等有限元分析软件均可实现多场耦合计算。(www.xing528.com)

总之，尽管国内外对多场耦合问题在许多领域已开展了研究，并已有相当一部分取得了不错的成果，但是有关永磁缓速器方面的电-磁-热-流多场耦合研究很少。所以针对液冷式永磁缓速器的多场耦合问题，研究出通用数学模型和数值算法是很重要的。针对液冷式永磁缓速器结构中存在的电场、磁场、温度场及流场间的耦合问题，建立电-磁-热-流多场耦合数值模型及其通用算法，为缓速器系统的制动效能、传热效率及结构优化提供分析工具。对永磁缓速器耦合场进行数值模拟计算和可视化分析，可解决长期制约永磁缓速器发展的理论问题，而且可以据此进行永磁缓速器定子和转子结构的优化，为设计高性能永磁缓速器提供了有效方法。