Analys av passiva kylningsmetoder vid tillämpning över en hotspot genom analytiska och numeriska simuleringar : Till vilken grad kan passiva kylningsmetoder tillgodose ett lokalt kylningsbehov i ett marint framdrivningssystem?

Sammanfattning: I ett marint framdrivningssystem byggt av Rolls-Royce Marine i Kristinehamn, kallat POD Propulsion - MermaidTM, kyls systemets yttre delar med förbiströmmande vatten. Det kylande vattnet kompletteras av ett internt luftkylningssystem vilket, till följd av en lägre kylningskapacitet än för det externa vattnet, förorsakar en otillräcklig kylning i den sektor av elmotorns stator vars periferi kyls av kylluftsströmmen. En andel av statorn är således enbart luftkyld vilket medför att den axiella temperaturen i denna sektor uppnår ett lokalt maximum, kallad ”hotspot”, vilken är högre än för resten av elmotorns stator. Avsaknaden av en tangentiellt uniform temperatur i statorn medför begränsningar vid dimensionering av framdrivningssystemet. Begränsningar som kan få till följd att motorn i en POD överdimensioneras, gentemot fartygets effektbehov, sådan att elmotorn vid drift inte ska generera lika mycket värme och därmed undvika de höga statortemperaturerna. En effektiv kylning av hotspoten och därigenom en tangentiellt mer uniform temperatur skulle därmed medföra att elmotorn kan; dimensioneras mer effektivt och därigenom ge en lägre installationskostnad, uppnå en högre utnyttjandegrad samt leda till en förbättrad hydrodynamisk verkningsgrad. Rapporten ämnar genom både analytiska och numeriska simuleringar utvärdera ett flertal olika passiva kylningsmetoder som kan appliceras över POD-husets hotspot. De tilltänkta kylningsmetoderna baseras i grunden på två olika principer. En av principerna, kallad utvidgade ytor, avser kyla hotspoten genom att underlätta överföringen av värme från hotspoten till en förbipasserande fluid där den andra, genom tillämpning av ett ledande material, leder värme från hotspoten till en omgivande kallare yta. Resultaten visar att alla de tilltänkta modifikationerna, i varierande grad, möjliggör en temperatursänkning av det vertikala hotspotområdet, vilken är belägen intill luftkylningskanalen. De modifikationer som presterar bäst är modifikationerna som tillämpar en heatpipe som ledande material och modifikationen utvidgad solid gjort av koppar. Dessa modeller visar en 60 procentig temperatursänkning av den vertikala hotspoten relativt referensmodellen. Rapportens resultat kan även visa en temperatursänkning av luften då modifikationen ledande stag tillämpas, vilket är gynnsamt för fartygets luftkylningsprocess.