基于Fluent的物联网技术电控箱热失效的分析及优化

2020-01-16陈国磊白顺平

电子技术与软件工程 2019年22期

文/陈国磊白顺平

随着科学技术的不断发展，物联网技术已经开始逐渐进入我们的日常生活，进入二十世纪以来，中国就已经开始了围绕物联网技术进行的创新和改革。伴随着人工智能技术的迅速发展，物联网技术的应用领域也越来越广泛。物联网技术充分体现了“互联网+”真正内涵，从而实现了对象之间的连接和资源共享。例如，共享自行车的问世使物联网技术成为一种清晰且有价值的使用场景，而物联网技术使共享自行车成为可能，从而获得了巨大的市场份额和经济效益。但是，物联网技术并不是特别完美，它的功能应用程序中需要使用其他技术来改进物联网在整个系统的应用。

1 物联网技术的应用

1.1 物联网技术在智能物流上的应用

随着物联网技术的发展，物联网技术在智能物流中的使用为货物的运输以及运输路线提供了科学的数据库。它还可以检测物流信息，并协助监管者进行安全检查。物联网技术可以实施车辆系统管理和仓库货物的自动化管理。通过物联网技术可以将智能物流的各种参数传递到相关部门和公司，实现物流信息的共享，为解决物流问题提供有效的参考信息，并将改善智能物流的作业环境。

1.2 物联网技术在智能工业上的应用

物联网技术使工业生产的智能化管理成为了可能，它使用远程信息处理技术来实现远程工业监控，实施以一线员工为中心的远程咨询，以及为进入生产车间的人员提供便捷的服务系统。使用物联网技术也能够识别每种生产原材料的类型，可以使技术人员更轻松地查询零部件信息以及产品的生产信息，以防止假冒。

1.3 物联网技术在交通运输上的应用

在道路交通中，物联网主要使用图像识别技术来标记车辆，检测交通流量以及收集和传输非法车辆信息。快速识别和分析交通管理部门的工作数据信息，以方便交通管理部门处理交通事故和进行道路交通管理。

2 物联网技术电控箱热失效分析

2.1 物联网技术电控箱的生热机理

电控箱内电气元器件在工作的过程中，会产生热量热量的积聚，物联网设备功率越大，电控箱内电气元器件的生热现象就越明显。一般情况下，我们将电控箱电气元器件生热来源主要归纳为焦耳热Qj、反应热Qr以及极化热。

2.1.1 焦耳热

焦耳热主要是指电控箱内电气元器件在工作的过程中，电阻做功产生的热量。通常用Rj表示焦耳内阻，焦耳热Qj的表达式是：

式中：I—电流大小，A；

Rj—焦耳内阻，Ω。

2.1.2 反应热

反应热是指电控箱内电气元器件在工作的过程中，电气元器件材料内部的化学分子在反应的过程中产生的热量，反应热Qr的表达式是：

式中：n—电荷数；

F—法拉第常数，96485.4C/mol；

T—开氏温度，K；

E—电动势数值，V。

2.1.3 极化热

极化热是指电气元器件在电流的影响下出现不均匀的现象，使正极和负极的电位失去平衡，从而出现的热量，极化热Qp的表达式是：

式中：Rp—极化内阻，Ω。

电控箱内电气元器件生热量Q 可以表示为：

2.2 热力循环计算

物联网技术电控箱热力循环过程p-h 图如图1所示。

物联网技术电控箱的热力循环计算：

单位质量制冷量：

单位容积制冷量：

单位理论功：

压缩机轴功率：

电动机的功率：

热力完善度：

图1：物联网技术电控箱热力循环过程p-h 图

2.3 电控箱模型的建立及网格划分

电控箱是物联技术实现的基础，电控箱内具有多种类型的电气元器件，主要有变频器、变压器、电容、继电器、电机、信号发射器、CPU 等。由于物联网一直处于高负荷状态工作，电气元器件容易由于温度过高，而发生失效的现象。本文采用SolidWorks 三维建模软件对电控箱进行模型的建立，由于主要进行热失效的分析，因此忽略了不受温度影响的元器件，并为了方便有限元仿真，对电控箱不必要的特征进行了简化；电控箱的三维模型建立完成之后，接下来要进行网格划分工作，本文采用ANSYS 内的mesh 进行电控箱模型的网格划分，网格的类型为结构化网格，划分完成后的网格数为216825。