Conjugate Heat Transfer Analysis for the Cooling of a Permanent-Magnet Generator for More Electric Aircraft Applications

Abstract

[ES] More Electric Aircraft Application (MEA) es ahora una tecnología en aumento dentro de la industria aeroespacial. El hecho de sustituir algunos sistemas neumáticos y/o hidráulicos por eléctricos introduce unas ventajas en términos de eficiencia y coste que están acelerando la tendencia de electrificación de este mercado. El objetivo general de este proyecto es garantizar la refrigeración adecuada de un prototipo a escala de la Universidad Politécnica de Torino que consiste en un generador de imanes permanentes montado en superficie refrigerado por aire integrado para un MEA. Para lograr este objetivo, se realiza un estudio completo del comportamiento térmico del modelo mediante un Análisis de Transferencia de Calor Conjugado (CHT) haciendo uso del software Star CCM+. Este tipo de análisis permite examinar el intercambio de energía térmica entre los dominios sólido y fluido considerando las propiedades de todos los materiales presentes. Por lo tanto, el proyecto involucra diferentes etapas en las que se describe ampliamente la metodología, incluido el análisis de la compensación entre la precisión de los resultados y el costo computacional, y finalmente seguida de un análisis de sensibilidad que comprende la variación del caudal másico de entrada y de las fuentes de calor. Con esto, se cumplirá el objetivo de esta actividad.

[EN] More Electric Aircraft Application (MEA) is now an increasing technology inside the aerospace industry. The fact of replacing some pneumatic and/or hydraulic systems by electric ones introduces some advantages in terms of efficiency and cost that are causing an acceleration in the electrification trend of this market. The overall purpose of this project is to ensure the proper cooling of a scale-sized prototype from the Polytechnic University of Torino consisting in an integrated air-cooled surface-mounted permanent-magnet generator for a MEA. To accomplish this goal, a full study of the thermal behavior of the model is performed by means of a Conjugate Heat Transfer Analysis (CHT) making use of the Star CCM+ software. This kind of analysis makes it possible to examine the exchange of thermal energy between the solid and fluid domains by considering the properties of all the materials present. Thus, the project involves different stages where the methodology is extensively described, including the analysis of the trade-off between accuracy of the results and computational cost, and lastly followed by a sensitivity analysis comprising the variation of the mass flow inlet and the heat sources. With this, the aim of this activity is fulfilled.