CN107885955B - 电机温度场的仿真方法和装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种电机温度场的仿真方法和装置；其中，该方法包括：建立电机的三维模型；对三维模型进行网格划分，并对电机各个部分进行传热特性赋值；根据电磁场分布和涡流场分布，确定电机各部分的分损耗；根据电机内部的气隙油浴液体的运行状态、电机的扶正轴承的动载荷和静载荷，确定电机的机械损耗；将分损耗和机械损耗转化为生热率；根据材料特性和生热率对电机的各个部分进行赋值，计算获得电机各部分的温度场分布结果。本发明可以获得电机内各个部分，尤其是关键部分的温度变化情况，可以对电机内各部分的温度进行实时监控和分析，提高了电机温度场仿真结果的真实性和全面性，对电机的结构优化和实际运行方式的调整具有指导性作用。
Description
技术领域
本发明涉及电机技术领域，尤其是涉及一种电机温度场的仿真方法和装置。
背景技术
目前，现有行业内在考虑潜油永磁电机运行时的温度变化时，大多采用整体计算仿真的方式，即，用电机内各个部分温升的平均值来衡量整体电机的温度变化情况；然而，这种整体衡量的方式并不能反映电机的真实发热情况；即使在电机整体温升不明显的情况下，个别关键部分的严重发热也会大大降低电机的使用寿命和稳定性。
针对上述现有的电机温度场仿真方式，其仿真结果的真实性和全面性较差的问题，尚未提出有效的解决方案。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种电机温度场的仿真方法和装置，以提高电机温度场仿真结果的真实性和全面性，以对电机的结构优化和实际运行方式的调整起到指导性作用。
第一方面，本发明实施例提供了一种电机温度场的仿真方法，包括：建立电机的三维模型；根据电机的热力学微分方程和边界条件，对三维模型进行网格划分；根据材料特性，对划分后的电机的各个部分进行传热特性赋值；其中，材料特性至少包括材料密度、比热容和传热系数；根据电机的电磁场分布和涡流场分布，确定电机各部分的分损耗；根据电机内部的气隙油浴液体的运行状态、电机的扶正轴承的动载荷和静载荷，确定电机的机械损耗；将分损耗和机械损耗转化为生热率；根据材料特性和生热率对电机的各个部分进行赋值，计算获得电机各部分的温度场分布结果。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，上述根据电机的热力学微分方程和边界条件，对三维模型进行网格划分的步骤，包括：根据傅里叶导热定律建立导热微分方程：
其中，ρ为流体密度；c为流体的比热容；
为时间变量t对空间坐标函数τ的微分；
为时间变量t对x坐标的微分；
为时间变量t对y坐标的微分；
为时间变量t对z坐标的微分；λ为流体的导热系数；
为源项；将ρ代入K-epsilon湍流模型中：
其中，Gk为层流速度梯度产生的湍流功能，Gb为浮力产生的湍流功能，Yk为由于可压缩湍流中过渡的扩散产生的波动；
为函数(ρk)对时间变量的偏微分；k为k方程的未知数；
为第j个相邻单元的偏微分；ui为流体、网格运动速度；μ为流体粘度系数；
为流体粘度系数对湍流Prandtl数的微分；Sk为是用户定义的设定值；ε为ε方程的未知数；
为对第i个相邻单元求微分；
为对第j个相邻单元求微分；cε1、cε3、cε2为常量；Sε为用户定义的设定值；边界条件包括边界温度值、边界热流密度、边界上的物体与周围流体的对流换热系数和周围流体的温度值；通过K-epsilon湍流模型和边界条件，对三维模型进行网格划分；其中，三维模型至少包括电机的定子、转子、机壳和油浴部分的分模型。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，上述根据电机的电磁场分布和涡流场分布，确定电机各部分的分损耗的步骤，包括：通过电磁学二维静磁场分析方程和电磁学三维瞬态场计算原理，计算电机的电磁场分布和涡流场分布；电磁学二维静磁场分析方程为：
其中，B(x,y,z)为磁感应强度，H(x,y,z)为磁场强度，J(x,y,z)为电流密度；电磁学三维瞬态场计算原理为：
其中，H为磁场强度；σ为介质的电导率；E为电场强度；
为磁感应强度变化率；通过电机的电磁场分布和涡流场分布，计算电机各部分的分损耗；其中，分损耗包括定子铁芯损耗、定子铜损、转子铁损、杂散损耗和永磁体内部涡流损耗中的多种；定子铁芯损耗包括定子轭部损耗和定子齿部损耗；定子铜损包括定子绕组铜损耗。
结合第一方面的第二种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，上述计算所述电机各部分的分损耗的步骤，包括：计算所述电机的定子轭部损耗
其中，p50为50Hz时，单位铁芯在对应磁场强度下的损耗；fN为额定频率；Gj为定子铁芯轭部的质量；计算所述电机的定子齿部损耗
其中，Gz为定子铁芯齿部的质量；计算所述电机的定子绕组铜损耗
其中，In为电机的额定电流值，Ra(75)为电机每相绕组在75度时的电阻值。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，上述根据电机内部的气隙油浴液体的运行状态、电机的扶正轴承的动载荷和静载荷，确定电机的机械损耗的步骤，包括：通过计算流体的雷诺数，确定电机内部的气隙油浴液体的运行状态；根据运行状态计算电机的转子旋转产生的粘滞损耗；根据电机的转矩和额定转速计算电机的扶正轴承的动载荷和静载荷；根据动载荷和静载荷，计算扶正轴承的损耗；将粘滞损耗和扶正轴承的损耗的总和确定为电机额定运行时的机械损耗。
结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，上述通过计算流体的雷诺数，确定电机内部的气隙油浴液体的运行状态的步骤，包括：假设所述电机的转子与冷却油接触面光滑，确定定子与转子之间的雷诺数
和临界雷诺数
其中，r0为转子外径；ωm为转子电角速度；δ为气隙长度；υ为冷却油的运动粘度；Ri为定子内径；根据所述雷诺数和所述临界雷诺数，确定所述电机内油浴液体的流动状态；根据所述流动状态建立流体场模型；通过对该流体场模型进行仿真，获得所述边界条件中的电机油浴的对流换热系数。
结合第一方面的第四种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，上述计算扶正轴承的损耗的步骤，包括：计算扶正轴承的损耗
其中，F为轴承载荷，d为滚珠中心处所在直径，ν为滚珠中心处圆周速度。
结合第一方面，本发明实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，上述根据分损耗和机械损耗，确定电机各部分的温度场分布结果的步骤，包括：将分损耗、机械损耗、电机的性能参数作为负载，输入至有限元分析模型中；将边界条件施加至有限元分析模型中；计算电机各部分的瞬态温度场分布结果和稳态温度场分布结果。
结合第一方面的第七种可能的实施方式，本发明实施例提供了第一方面的第八种可能的实施方式，其中，上述方法还包括：通过有限元分析模型和多场耦合计算，生成电机的内部温度场分布云图；其中，多场耦合计算包括定子和转子之间的对流换热流体场，电机机壳与套管内井液的对流换热流体场；井液为原油与地层水的复杂混合液体。
第二方面，本发明实施例提供了一种电机温度场的仿真装置，包括：模型建立模块，用于建立电机的三维模型；网格划分模块，用于根据电机的热力学微分方程和边界条件，对三维模型进行网格划分；传热特性赋值模块，用于根据材料特性，对划分后的电机的各个部分进行传热特性赋值；其中，材料特性至少包括材料密度、比热容和传热系数；分损耗确定模块，用于根据电机的电磁场分布和涡流场分布，确定电机各部分的分损耗；机械损耗确定模块，用于根据电机内部的气隙油浴液体的运行状态、电机的扶正轴承的动载荷和静载荷，确定电机的机械损耗；生热率转化模块，用于将分损耗和机械损耗转化为生热率；温度场分布结果计算模块，用于根据材料特性和生热率对电机的各个部分进行赋值，计算获得电机各部分的温度场分布结果。
本发明实施例带来了以下有益效果：
本发明实施例提供的一种电机温度场的仿真方法和装置，对电机建立三维模型后，根据热力学微分方程和边界条件，可以对该模型进行网格划分，并对划分后的电机的各个部分进行传热特性赋值；根据电机的电磁场分布和涡流场分布，可以确定电机各部分的分损耗；根据电机内部的气隙油浴液体的运行状态、电机的扶正轴承的动载荷和静载荷，可以确定电机的机械损耗；最后将分损耗和机械损耗转化为生热率，根据材料特性和生热率对电机的各个部分进行赋值，获得电机各部分的温度场分布结果；该方式中，可以获得电机内各个部分，尤其是关键部分的温度变化情况，可以对电机内各部分的温度进行实时监控和分析，提高了电机温度场仿真结果的真实性和全面性，对电机的结构优化和实际运行方式的调整具有指导性作用。
本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种电机温度场的仿真方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种电机的电磁场分布的示意图；
图3为本发明实施例提供的一种电机仿真模型的示意图；
图4为本发明实施例提供的一种电机温度场的仿真装置的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的电机内部三维模型网格剖分结果示意图；
图6为本发明实施例提供的电机内部温度场的三维仿真结果示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
永磁潜油电机等类型的电机温升对电机的运行影响很大；例如，转子温升过高会导致永磁体的退磁，从而使电机输出转矩下降，电机发热量增加，严重时可能烧毁电机，这大大影响了永磁潜油电机运行的稳定性。尤其在油井下高温、高压的复杂条件下，为了保证电机的正常运行，预先对电机温度场的全方面仿真变得尤为重要。
然而，现有的电机温度场仿真方式，其仿真结果的真实性和全面性较差；基于此，本发明实施例提供了一种电机温度场的仿真方法和装置；该技术可以用于仿真电机在实际运行时各个部件的实时温度或温度变化的场景中；尤其可以用于仿真潜油永磁电机在油浴状态下电机内部各个部分的实时温度或温度变化的场景中；该技术可以采用相关的软件或硬件实现，下面通过实施例进行描述。
参见图1所示的一种电机温度场的仿真方法的流程图；该方法包括如下步骤：
步骤S102，建立电机的三维模型；
在实际实现时，通常根据待仿真电机各个部分的真实尺寸，按照1：1的比例，建立该电机的三维模型；在建立模型的过程中，可以按照电机各个部分的真实尺寸，为每个部分分别建立子模型，例如，定子、转子、机壳、油浴部分等等；各个部分的子模型建立好后，即可形成该电机整体的三维模型。上述三维模型的建立过程，可以采用机械设计软件solidwork软件实现。
步骤S104，根据电机的热力学微分方程和边界条件，对三维模型进行网格划分；
步骤S105，根据材料特性，对划分后的电机的各个部分进行传热特性赋值；其中，该材料特性至少包括材料密度、比热容和传热系数；
参见图5所示的电机内部三维模型网格剖分结果示意图；上述步骤S104中，可以将上述三维模型导入至Fluent有限元流体仿真软件中，根据流体力学的原理建立并获取该电机的热力学微分方程和边界条件，再对该三维模型进行网格划分；上述热力学微分方程通常包括热力学微分方程本身，以及该方程的边界条件。
步骤S106，根据电机的电磁场分布和涡流场分布，确定电机各部分的分损耗；
上述步骤S106中，可以通过Ansoft Maxwell电磁分析软件对电机内部的电磁场分布和涡流场分布进行计算，获取到计算结果后，再根据电磁学的原理计算该电机内各个部分的分损耗，例如，定子铁芯损耗、定子铜损、转子铁损、杂散损耗和永磁体内部涡流损耗等。
步骤S108，根据电机内部的气隙油浴液体的运行状态、电机的扶正轴承的动载荷和静载荷，确定电机的机械损耗；
步骤S109，将分损耗和机械损耗转化为生热率；
步骤S110，根据材料特性和生热率对电机的各个部分进行赋值，获得所述电机各部分的温度场分布结果。参见图6的电机内部温度场的三维仿真结果示意图；通常，灰度的深浅代表不同的问题；灰度越深的区域，温度越高。
考虑到上述步骤中涉及到的计算量较大，可以通过超级计算平台的有限元大型计算实现。
本发明实施例提供的一种电机温度场的仿真方法，对电机建立三维模型后，根据热力学微分方程和边界条件，可以对该模型进行网格划分，并对划分后的电机的各个部分进行传热特性赋值；根据电机的电磁场分布和涡流场分布，可以确定电机各部分的分损耗；根据电机内部的气隙油浴液体的运行状态、电机的扶正轴承的动载荷和静载荷，可以确定电机的机械损耗；最后将分损耗和机械损耗转化为生热率，根据材料特性和生热率对电机的各个部分进行赋值，获得电机各部分的温度场分布结果；该方式中，可以获得电机内各个部分，尤其是关键部分的温度变化情况，可以对电机内各部分的温度进行实时监控和分析，提高了电机温度场仿真结果的真实性和全面性，对电机的结构优化和实际运行方式的调整具有指导性作用。
本发明实施例还提供了另一种电机温度场的仿真方法的流程图；该方法在图1中所示的方法基础上实现。
该方法中，上述根据电机的热力学微分方程和边界条件，对三维模型进行网格划分的步骤，可以通过下述方式实现：
步骤21：根据傅里叶导热定律建立导热微分方程：
其中，ρ为流体密度；c为流体的比热容；
为时间变量t对空间坐标函数τ的微分；
为时间变量t对x坐标的微分；
为时间变量t对y坐标的微分；
为时间变量t对z坐标的微分；λ为流体的导热系数；
为源项；
步骤22：将上述ρ代入K-epsilon湍流模型中：
其中，Gk为层流速度梯度产生的湍流功能，Gb为浮力产生的湍流功能，Yk为由于可压缩湍流中过渡的扩散产生的波动；
为函数(ρk)对时间变量的偏微分；k为k方程的未知数；
为第j个相邻单元的偏微分；ui为流体、网格运动速度；μ为流体粘度系数；
为流体粘度系数对湍流Prandtl数的微分；Sk为是用户定义的设定值；ε为ε方程的未知数；
为对第i个相邻单元求微分；
为对第j个相邻单元求微分；cε1、cε3、cε2为常量；Sε为用户定义的设定值；
上述边界条件包括边界温度值、边界热流密度、边界上的物体与周围流体的对流换热系数和周围流体的温度值；其中，可以根据雷诺数确定电机气隙油浴的对流换热系数。
步骤23：通过K-epsilon湍流模型和边界条件，对三维模型进行网格划分；其中，该三维模型至少包括电机的定子、转子、机壳和油浴部分的分模型。
该方法中，上述根据电机的电磁场分布和涡流场分布，确定电机各部分的分损耗的步骤，可以通过下述方式实现：
步骤31：通过电磁学二维静磁场分析方程和电磁学三维瞬态场计算原理，计算电机的电磁场分布和涡流场分布；
该电磁学二维静磁场分析方程为：
其中，B(x,y,z)为磁感应强度，H(x,y,z)为磁场强度，J(x,y,z)为电流密度；
该电磁学三维瞬态场计算原理为：
其中，H为磁场强度；σ为介质的电导率；E为电场强度；
为磁感应强度变化率；
步骤32：通过电机的电磁场分布和涡流场分布，计算电机各部分的分损耗；参见图2所示的一种电机的电磁场分布的示意图；图2中的电磁场分布示意图可以通过MAXWELL电磁学仿真云图得到，图2中，标识在电机各个部分上灰度的深浅，可以代表该部分电磁场的强弱；通常，灰度越深，该部分电磁场越强。
上述分损耗包括定子铁芯损耗、定子铜损、转子铁损、杂散损耗和永磁体内部涡流损耗中的多种；其中，定子铁芯损耗包括定子轭部损耗和定子齿部损耗；定子铜损主要来源于定子绕组铜损耗；转子铁损、杂散损耗和永磁体内部涡流损耗等其他损耗占的比例很小，通过电磁场的模拟仿真可以获得。
进一步地，电机主要损耗的计算方式如下：
计算电机的定子轭部损耗
其中，p50为50Hz时，单位铁芯在对应磁场强度下的损耗；fN为额定频率；Gj为定子铁芯轭部的质量；
计算电机的定子齿部损耗
其中，Gz为定子铁芯齿部的质量；
计算电机的定子绕组铜损耗
其中，In为电机的额定电流值，Ra(75)为电机每相绕组在75度时的电阻值。
另外，转子铁损、杂散损耗、和永磁体内部涡流损耗可以通过电磁场的内部仿真获得。
该方法中，上述根据电机内部的气隙油浴液体的运行状态、电机的扶正轴承的动载荷和静载荷，确定电机的机械损耗的步骤，可以通过下述方式实现：
步骤41：通过计算流体的雷诺数，确定电机内部的气隙油浴液体的运行状态；
在实际实现时，该步骤41可以通过下述方式实现：(a)假设电机的转子与冷却油接触面光滑，确定定子与转子之间的雷诺数
和临界雷诺数
其中，r0为转子外径；ωm为转子电角速度；δ为气隙长度；υ为冷却油的运动粘度；Ri为定子内径；(b)根据该雷诺数和临界雷诺数，确定电机内油浴液体的流动状态；(c)根据该流动状态建立流体场模型；(d)通过对该流体场模型进行仿真，获得所述边界条件中的电机油浴的对流换热系数。
步骤42：根据上述运行状态计算电机的转子旋转产生的粘滞损耗；
步骤43：根据电机的转矩和额定转速计算电机的扶正轴承的动载荷和静载荷；
步骤44：根据上述动载荷和静载荷，计算扶正轴承的损耗；具体地，该扶正轴承的损耗可以通过公式
计算获得；其中，F为轴承载荷，d为滚珠中心处所在直径，ν为滚珠中心处圆周速度。
步骤45：将粘滞损耗和扶正轴承的损耗的总和确定为电机额定运行时的机械损耗。
该方法中，上述根据分损耗和机械损耗，确定电机各部分的温度场分布结果的步骤，可以通过下述方式实现：
步骤51：将分损耗、机械损耗、电机的性能参数作为负载，输入至有限元分析模型中；
步骤52：将上述边界条件施加至有限元分析模型中；
步骤53：计算电机各部分的瞬态温度场分布结果和稳态温度场分布结果。
进一步地，参见图3所示的一种电机仿真模型的示意图；通过有限元分析模型和多场耦合计算，生成电机的内部温度场分布云图；其中，多场耦合计算包括定子和转子之间的对流换热流体场，电机机壳与套管内井液的对流换热流体场；井液为原油与地层水的复杂混合液体。由于定子和转子之间的流体场是对流换热的，电机机壳与套管内的井液是另外一个流体场，也存在对流换热的关系，再结合井液组成的复杂性，因此采用所述多场耦合计算进行仿真。
图3中，标识在电机各个部分上灰度的深浅，可以代表该部分温度的高低；通常，灰度越深，该部分温度越高。
图3中示出了电机的套筒内径位置1(该内径为121mm)、井液2、机壳3、定子铁芯轭部4、定子铁芯齿部5、定子绕组6、槽内间隙7、定转子气隙8、转子铁芯9、转子永磁体10、环氧树脂11、转轴12和转轴内油浴13部分，并通过灰度的深浅，标识了各个部分的温度。
对应于上述方法实施例，参见图4所示的一种电机温度场的仿真装置的结构示意图；该装置包括如下部分：
模型建立模块40，用于建立电机的三维模型；
网格划分模块41，用于根据电机的热力学微分方程和边界条件，对三维模型进行网格划分；
传热特性赋值模块42，用于根据材料特性，对划分后的电机的各个部分进行传热特性赋值；其中，材料特性至少包括材料密度、比热容和传热系数；
分损耗确定模块43，用于根据电机的电磁场分布和涡流场分布，确定电机各部分的分损耗；
机械损耗确定模块44，用于根据电机内部的气隙油浴液体的运行状态、电机的扶正轴承的动载荷和静载荷，确定电机的机械损耗；
生热率转化模块45，用于将分损耗和机械损耗转化为生热率；
温度场分布结果计算模块46，用于根据材料特性和生热率对电机的各个部分进行赋值，计算获得电机各部分的温度场分布结果。
本发明实施例提供的电机温度场的仿真装置，与上述实施例提供的电机温度场的仿真方法具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。
本发明实施例提供的一种电机温度场的仿真方法，也可以称为潜油永磁电机温度场仿真分析方法，该方法采用fluent有限元分析结合超级计算中心平台，通过新型永磁电机设计建立仿真模型，按照流体力学的理论分析，并建立热力学微分方程，热力学微分方程边界条件，进行网格划分，通过Ansoft maxwell电磁计算出电机各个部分的损耗，尤其是对永磁体内部的涡流损耗进行计算，从而对潜油电机内部温度场进行仿真，本发明采用电磁场分析、流体场、温度场耦合计算的方式较完整地完成了潜油永磁电机的三维温度场仿真计算，对电机的优化设计起指导意义。
本发明实施例所提供的电机温度场的仿真方法和装置的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-Only Memory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本发明的具体实施方式，用以说明本发明的技术方案，而非对其限制，本发明的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
Claims (9)
1.一种电机温度场的仿真方法，其特征在于，包括：
建立电机的三维模型；
根据所述电机的热力学微分方程和边界条件，对所述三维模型进行网格划分；
对所述三维模型进行网格划分的步骤，包括：
根据傅里叶导热定律建立导热微分方程：
其中，ρ为流体密度；c为流体的比热容；
为时间变量t对空间坐标函数τ的微分；
为时间变量t对x坐标的微分；
为时间变量t对y坐标的微分；
为时间变量t对z坐标的微分；λ为流体的导热系数；
为源项；
将所述ρ代入K-epsilon湍流模型中：
其中，Gk为层流速度梯度产生的湍流功能，Gb为浮力产生的湍流功能，Yk为由于可压缩湍流中过渡的扩散产生的波动；
为函数(ρk)对时间变量的偏微分；k为k方程的未知数；
为第j个相邻单元的偏微分；ui为流体、网格运动速度；μ为流体粘度系数；
为流体粘度系数对湍流Prandtl数的微分；Sk为是用户定义的设定值；ε为ε方程的未知数；
为对第i个相邻单元求微分；
为对第j个相邻单元求微分；cε1、cε3、cε2为常量；Sε为用户定义的设定值；
所述边界条件包括边界温度值、边界热流密度、边界上的物体与周围流体的对流换热系数和周围流体的温度值；
通过所述K-epsilon湍流模型和所述边界条件，对所述三维模型进行网格划分；其中，所述三维模型至少包括所述电机的定子、转子、机壳和油浴部分的分模型；
根据材料特性，对划分后的所述电机的各个部分进行传热特性赋值；其中，所述材料特性至少包括材料密度、比热容和传热系数；
根据所述电机的电磁场分布和涡流场分布，确定所述电机各部分的分损耗；
根据所述电机内部的气隙油浴液体的运行状态、所述电机的扶正轴承的动载荷和静载荷，确定所述电机的机械损耗；
将所述分损耗和所述机械损耗转化为生热率；
根据所述材料特性和所述生热率对所述电机的各个部分进行赋值，计算获得所述电机各部分的温度场分布结果。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述电机的电磁场分布和涡流场分布，确定所述电机各部分的分损耗的步骤，包括：
通过电磁学二维静磁场分析方程和电磁学三维瞬态场计算原理，计算所述电机的电磁场分布和涡流场分布；
所述电磁学二维静磁场分析方程为：
其中，B(x,y,z)为磁感应强度，H(x,y,z)为磁场强度，J(x,y,z)为电流密度；
所述电磁学三维瞬态场计算原理为：
其中，H为磁场强度；σ为介质的电导率；E为电场强度；
为磁感应强度变化率；
通过所述电机的电磁场分布和涡流场分布，计算所述电机各部分的分损耗；其中，所述分损耗包括定子铁芯损耗、定子铜损、转子铁损、杂散损耗和永磁体内部涡流损耗中的多种；所述定子铁芯损耗包括定子轭部损耗和定子齿部损耗；所述定子铜损包括定子绕组铜损耗。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，计算所述电机各部分的分损耗的步骤，包括：
计算所述电机的定子轭部损耗
其中，p50为50Hz时，单位铁芯在对应磁场强度下的损耗；fN为额定频率；Gj为定子铁芯轭部的质量；
计算所述电机的定子齿部损耗
其中，Gz为定子铁芯齿部的质量；
计算所述电机的定子绕组铜损耗
其中，In为电机的额定电流值，Ra(75)为电机每相绕组在75度时的电阻值。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述电机内部的气隙油浴液体的运行状态、所述电机的扶正轴承的动载荷和静载荷，确定所述电机的机械损耗的步骤，包括：
通过计算流体的雷诺数，确定所述电机内部的气隙油浴液体的运行状态；
根据所述运行状态计算所述电机的转子旋转产生的粘滞损耗；
根据所述电机的转矩和额定转速计算所述电机的扶正轴承的动载荷和静载荷；
根据所述动载荷和静载荷，计算所述扶正轴承的损耗；
将所述粘滞损耗和所述扶正轴承的损耗的总和确定为所述电机额定运行时的机械损耗。
5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述通过计算流体的雷诺数，确定所述电机内部的气隙油浴液体的运行状态的步骤，包括：
假设所述电机的转子与冷却油接触面光滑，确定定子与转子之间的雷诺数
和临界雷诺数
其中，r0为转子外径；ωm为转子电角速度；δ为气隙长度；υ为冷却油的运动粘度；Ri为定子内径；
根据所述雷诺数和所述临界雷诺数，确定所述电机内油浴液体的流动状态；
根据所述流动状态建立流体场模型；
通过对所述流体场模型进行仿真，获得所述边界条件中的电机油浴的对流换热系数。
6.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述计算所述扶正轴承的损耗的步骤，包括：
计算所述扶正轴承的损耗
其中，F为轴承载荷，d为滚珠中心处所在直径，ν为滚珠中心处圆周速度。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述分损耗和所述机械损耗，确定所述电机各部分的温度场分布结果的步骤，包括：
将所述分损耗、所述机械损耗、所述电机的性能参数作为负载，输入至有限元分析模型中；
将所述边界条件施加至所述有限元分析模型中；
计算所述电机各部分的瞬态温度场分布结果和稳态温度场分布结果。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
通过所述有限元分析模型和多场耦合计算，生成所述电机的内部温度场分布云图；其中，所述多场耦合计算包括定子和转子之间的对流换热流体场，电机机壳与套管内井液的对流换热流体场；所述井液为原油与地层水的复杂混合液体。
9.一种电机温度场的仿真装置，其特征在于，包括：
模型建立模块，用于建立电机的三维模型；
网格划分模块，用于根据所述电机的热力学微分方程和边界条件，对所述三维模型进行网格划分；
对所述三维模型进行网格划分的步骤，包括：
根据傅里叶导热定律建立导热微分方程：
其中，ρ为流体密度；c为流体的比热容；
为时间变量t对空间坐标函数τ的微分；
为时间变量t对x坐标的微分；
为时间变量t对y坐标的微分；
为时间变量t对z坐标的微分；λ为流体的导热系数；
为源项；
将所述ρ代入K-epsilon湍流模型中：
其中，Gk为层流速度梯度产生的湍流功能，Gb为浮力产生的湍流功能，Yk为由于可压缩湍流中过渡的扩散产生的波动；
为函数(ρk)对时间变量的偏微分；k为k方程的未知数；
为第j个相邻单元的偏微分；ui为流体、网格运动速度；μ为流体粘度系数；
为流体粘度系数对湍流Prandtl数的微分；Sk为是用户定义的设定值；ε为ε方程的未知数；
为对第i个相邻单元求微分；
为对第j个相邻单元求微分；cε1、cε3、cε2为常量；Sε为用户定义的设定值；
所述边界条件包括边界温度值、边界热流密度、边界上的物体与周围流体的对流换热系数和周围流体的温度值；
通过所述K-epsilon湍流模型和所述边界条件，对所述三维模型进行网格划分；其中，所述三维模型至少包括所述电机的定子、转子、机壳和油浴部分的分模型；
传热特性赋值模块，用于根据材料特性，对划分后的所述电机的各个部分进行传热特性赋值；其中，所述材料特性至少包括材料密度、比热容和传热系数；
分损耗确定模块，用于根据所述电机的电磁场分布和涡流场分布，确定所述电机各部分的分损耗；
机械损耗确定模块，用于根据所述电机内部的气隙油浴液体的运行状态、所述电机的扶正轴承的动载荷和静载荷，确定所述电机的机械损耗；
生热率转化模块，用于将所述分损耗和所述机械损耗转化为生热率；
温度场分布结果计算模块，用于根据所述材料特性和所述生热率对所述电机的各个部分进行赋值，计算获得所述电机各部分的温度场分布结果。
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