Simulación numérica del flujo y la transferencia de calor en un sistema de refrigeración líquida para un motor eléctrico

Abstract

El auge de los vehículos eléctricos de movilidad personal (VMP) y su relevancia social es a día de hoy evidente, presentándose como una de las soluciones viables al transporte urbano en grandes ciudades. Independientemente de la naturaleza del mismo, los principios de funcionamiento y la geometría de los actuales motores eléctricos usados para su propulsión presentan la misma deficiencia. Esta es el sobrecalentamiento (así como la pérdida en rendimiento y vida útil que ello supone) ante condiciones de estrés como, por ejemplo, una elevada temperatura ambiental. La principal causa es la carencia de sistemas de refrigeración. Por ello, haciendo uso de un simulador multifísico para transferencia de calor fluido-sólido, se desea proponer un sistema de refrigeración modelo eficiente y caracterizar el flujo de calor resultante. Estará basado en la incorporación de un aceite dieléctrico que acelerará el enfriamiento de la tapa metálica del motor. Teniendo en cuenta los elevados requerimientos computacionales del problema fluidomecánico a resolver, se empleará cálculo en paralelo basado en multicore CPUs para resolver las ecuaciones de Navier-Stokes para la fase fluida y la ecuación de conducción de calor en los elementos sólidos.

The rise of electric vehicles for personal mobility (PMV) and their social relevance is evident today, presenting itself as one of the viable solutions to urban transport in large cities. Regardless of its nature, the operating principles and geometry of the current electric motors used for its propulsion, all present the same deficiency. This is the overheating under stress conditions such as, for example, a high ambient temperature or a prolonged period of activity. The main cause is the lack of cooling systems. Therefore, using a multiphysics simulator for fluid-solid heat transfer, it is desired to propose an efficient model cooling system as well as characterize the resulting heat flow. It will be based on the incorporation of a dielectric oil that will accelerate the cooling of the metal cover of the motor. Taking into account the high computational requirements of the fluidomechanical problem to be solved, parallel calculation based on multicore CPUs will be used to solve the Navier-Stokes equations for the fluid phase and the heat conduction equation in solid elements.

L'auge dels vehicles elèctrics de mobilitat personal (VMP) i la seva rellevància social és avui dia evident, presentant-se com una de les solucions viables al transport urbà en grans ciutats. Independentment de la naturalesa d'aquest, els principis de funcionament i la geometria dels actuals motors elèctrics usats per a la seva propulsió presenten la mateixa deficiència. Aquesta és el sobreescalfament (així com la pèrdua en rendiment i vida útil que això suposa) davant condicions d'estrès com, per exemple, una elevada temperatura ambiental. La principal causa és la manca de sistemes de refrigeració. Per això, fent ús d'un simulador multifísic per a transferència de calor fluida-sòlida, es desitja proposar un sistema de refrigeració model eficient i caracteritzar el flux de calor resultant. Estarà basat en la incorporació d'un oli dielèctric que accelerarà el refredament de la tapa metàl·lica del motor. Tenint en compte els elevats requeriments computacionals del problema fluidomecànic a resoldre, s'emprarà càlcul en paral·lel basat en multicore CPUs per a resoldre les equacions de Navier-Stokes per a la fase fluida i l'equació de conducció de calor en els elements sòlids.