知识点：油冷发电机 高功率密度和高转矩密度是电机发展的必然趋势。为了进一步达到更高能量密度的输出，散热是必须优先解决的问题。油冷电机通过冷媒介质的更换，实现了对电机内部发热元器件的直接冷却，大大提升了冷媒介质与电机的热交换面积，让油冷电机可以更高效的带走热量。 然而冷媒介质与电机本体的直接接触，也带来了一系列的设计问题。列举流体及热部分的例子，诸如密封性问题、漆膜保护问题、气隙进油问题、散热不均匀问题等，对设计者而言均是无法避开的重要设计难点。同时受限于国内对油冷电机开发周期的要求，传统CFD的计算方案已无法满足项目需求。
知识点：油冷发电机
高功率密度和高转矩密度是电机发展的必然趋势。为了进一步达到更高能量密度的输出，散热是必须优先解决的问题。油冷电机通过冷媒介质的更换，实现了对电机内部发热元器件的直接冷却，大大提升了冷媒介质与电机的热交换面积，让油冷电机可以更高效的带走热量。
然而冷媒介质与电机本体的直接接触，也带来了一系列的设计问题。列举流体及热部分的例子，诸如密封性问题、漆膜保护问题、气隙进油问题、散热不均匀问题等，对设计者而言均是无法避开的重要设计难点。同时受限于国内对油冷电机开发周期的要求，传统CFD的计算方案已无法满足项目需求。
本文基于shonDy、shonTA及shonFlow软件（舜云FVM模块），详细描述针对油冷电机流体及热分析的解决思路及设置方法。
一 油冷电机的流体分析的快速解决方法
1.1 油冷电机冷却形式
油冷电机的主要冷却手段分为四大类：
定子通油后，淋油至绕组端部外侧；
管道通油后，淋油至绕组及定子；
转子通油后，甩油至绕组端部内测；
转子通油后，通过离心力甩油至转子磁钢内，最后从转子端盖甩油至绕组端部内测。
针对于当前较为主流的冷却手段进行解析，可知其流动行为存在明显的流体流动形式切换点。在供油管路供油至分油环及转子入口时，流体的形态由管内流动变成由液面流动。基于此现象，可将电机的流体分析拆分为三部分：
1. 交换器出来的油通过管道，供油至电机定子管道及转子管道；
2. 转子将油甩出至绕组，分油环将油喷淋至绕组；
3. 油通过底部出口，回油至油底壳。
这三个部分流体行为的关系为弱耦合性，且存在明显的次序性。因此通过进一步的分解，可将其分解为以下流体分析：
1. 管道内流量分配计算：使用有限体积法软件shonFlow，计算定子、分油环出口及转子入口的流量，并输出对流换热系数；
2. 分油环淋油及转子甩油分析：使用粒子法软件shonDy，计算分油环喷油及转子甩油同时作用时，电机内部的润滑油液分布情况，并输出对流换热系数；
3. 电机存油分析：使用粒子法软件shonDy，计算电机内部的存油液位，并输出对流换热系数。
1.2 计算时间消耗
受限于新能源项目开发进度的要求，油冷电机流体分析需满足短周期、大批量的计算要求。通过拆解计算区域、局部使用粒子法的方式，可有效降低仿真所需投入的人力及物力。（下表所示）
传统有限体积法（FVM）在计算淋油、甩油、存油瞬态问题时，需要消耗及大量的时间，这也是油冷电机仿真的瓶颈。通过局部使用粒子法（MPS）替代计算淋油、甩油、存油瞬态的方式，单工况的计算时间将缩短100%~300%。
粒子法软件shonDy同时具备无网格的特点，仅需导出固体区域STL模型，即可用于后续的CFD分析，极大程度的降低了机械性的几何及网格工作。
1.3 硬件需求
粒子法软件shonDy具备GPU加速能力，可在原有计算时间的基础上进一步减少50%。
shonDy开闭GPU的性能对比
使用shonDy的推荐配置
二 油冷电机流体仿真结果
2.1 管道内流量分配计算
通过shonFlow软件对管道内的流量分配进行计算，可以得到分油环各个喷嘴的流量以及转子出油口的流量。
需要注意的是，此处管道内的流量分析是有假设条件的，即假设润滑油能够充满所有的管道。如果结果中所有出口流量均衡且不存在极低的流量，则假设成立，结果有效。如结果中存在极小的流量或负流量，则需要考虑是否设计流量过低，管道无法充盈。
2.2 分油环淋油及转子甩油分析
为了区分淋油与转子甩油对散热的贡献量，通常会采取分别计算的方法来实现对其散热贡献的评估。shonDy具备极简的设置界面，可快速的实现针对于淋油和甩油的计算。
shonDy能够输出每一个转子甩油口的流出量情况、转子的搅油损耗等相关数据。
shonDy具备阵列功能，可以快速定义喷嘴，减少了设置大量喷嘴的工作量。
通过shonDy还能够输出电机内部的对流换热系数分布情况，给后续热分析提供边界条件。
2.3 电机存油分析
电机油底壳的存油量是否会浸没气隙，是油冷电机的一个重点仿真项目，通过shonDy并对案例进行一定的简化，可以快速及简单的模拟出油底壳的存油量变化过程。
三 油冷电机热分析
温度分布及润滑油温升是评估电机性能的重要指标，电机的最高温度以及温升情况是油冷电机的主要设计瓶颈之一。通过shonTA可以快速的对油冷电机进行三维的热分析，精确的得到电机温度分布趋势以及各部位的最大温度位置，从而定点的对电机的高温位置进行散热优化设计。
3.1 油冷电机三维热分析的价值
由于油冷电机是直接通油进入内部空间进行散热的，所以电机内部的温度场分布是不具备规律性的，通常每家企业设计的油冷电机方案，均会呈现出完全不一样的温度分布情况。也因此，当需要解决油冷电机局部高温问题的时候，除了需要使用一维软件进行前期的选型计算外，还需要通过三维分析来对局部的温度进行预测。
有趣的是，这已经成为油冷电机的一条新赛道。华为问界M5发布时，提到的定点式冷却技术，究其根源其实就是三维流热耦合分析的产物之一，其效果不言而喻。伴随着油冷电机流路设计难度增加，直接接触的冷却性能也在不断的被挖掘提升。这其中，最关键的环节就是如何实现三维化的热管理分析。
shonTA是一款创新的有限元热网络算法软件，它将有限元法与热网络法结合在一起，用有限元得到三维实体空间上的温度分布情况，同时通过热网络法将复杂传热现象考虑到计算当中。
同时shonTA自带一系列热管理工具，可实现高效的电机热网络建模。
3.2 接触热阻
在油冷电机中，固体和固体之间的传热也是影响电机温度的关键要素之一。shonTA开放自定义接触热阻以及经验公式接触热阻，可实现高精度的实验与仿真对标。
3.3 润滑油温升
区别于有限体积软件，shonTA可以在仅需固体网格的情况下，实现对润滑油温升的计算，并支持瞬态及稳态仿真。
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