【摘要】：隨著我國(guó)對(duì)資源節(jié)約問(wèn)題的高度重視,大型變壓器逐漸向節(jié)能環(huán)保的趨勢(shì)發(fā)展,為確保電能安全供應(yīng),必須對(duì)變壓器的溫度進(jìn)行有效地控制。片式散熱器是目前大型油浸式變壓器上廣泛使用的散熱器,普通片式散熱器由于內(nèi)部結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)布置等方面的缺陷,導(dǎo)致片式散熱器散熱效率不高,因此不斷改善片式散熱器的散熱效果,研發(fā)散熱效率高的片式散熱器,對(duì)延長(zhǎng)變壓器的運(yùn)行年限和提升安全性能有著積極影響。本文針對(duì)普通片式散熱器散熱效率低的問(wèn)題,采用改變普通片式散熱器油道長(zhǎng)度和在片式散熱器表面沖壓四面體花紋的方法,對(duì)新型片式散熱器油側(cè)和空氣側(cè)的換熱性能進(jìn)行研究,并且深入分析四面體花紋自身結(jié)構(gòu)參數(shù)與布置方式對(duì)新型片式散熱器散熱效率的影響。具體的研究工作主要包括:首先,數(shù)值模擬普通片式散熱器油側(cè)的散熱性能,針對(duì)普通片式散熱器存在各油道油流量分布不均勻的缺點(diǎn),對(duì)油道長(zhǎng)度進(jìn)行改進(jìn),得到散熱效率最高的油道長(zhǎng)度。其次,采用表面沖壓四面體花紋的方法增強(qiáng)片式散熱器的散熱能力,基于二次流理論和場(chǎng)協(xié)同原理分析四面體花紋自身結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)新型片式散熱器油側(cè)散熱性能的影響,建立花紋寬度、長(zhǎng)度及攻角對(duì)照組的有限元模型,利用Fluent軟件對(duì)結(jié)構(gòu)參數(shù)不同的對(duì)照組模型進(jìn)行熱流場(chǎng)仿真,通過(guò)分析溫度分布及變壓器油流動(dòng)特性,分別得出最佳四面體花紋寬度、長(zhǎng)度和攻角。分析布置方式不同的四面體花紋流動(dòng)與散熱特性,建立四面體花紋排布方式、縱向間距和行數(shù)對(duì)照組的有限元模型,通過(guò)數(shù)值模擬分別得出最優(yōu)布置方式。將仿真結(jié)果與基礎(chǔ)對(duì)照組進(jìn)行對(duì)比,發(fā)現(xiàn)對(duì)布置方式的優(yōu)化使片式散熱器散熱效率產(chǎn)生了不同程度上的提高,驗(yàn)證了沖壓新型四面體花紋有利于改善片式散熱器的散熱性能。再次,基于新型片式散熱器油側(cè)散熱特性研究的理論基礎(chǔ),建立兩種四面體花紋有限元計(jì)算模型,仿真模擬空氣流經(jīng)四面體花紋時(shí)速度場(chǎng)分布情況,分析產(chǎn)生渦旋的過(guò)程,對(duì)比兩種花紋產(chǎn)生渦旋的強(qiáng)度,為四面體花紋強(qiáng)化新型片式散熱器空氣側(cè)散熱性能的研究提供直觀的依據(jù)。最后,探討兩種不同花紋排布方式的新型單油道空氣側(cè)散熱性能,分析四面體花紋強(qiáng)化單油道散熱能力的機(jī)理,對(duì)比兩種新型油道與普通油道的散熱效率,研究發(fā)現(xiàn)在新型單油道表面沖壓四面體花紋是高效節(jié)能的強(qiáng)化片式散熱器散熱效果的方法。
【學(xué)位授予單位】：沈陽(yáng)工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類(lèi)號(hào)】：TM40
【圖文】：

1.2.1 片式散熱器國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀隨著強(qiáng)化換熱技術(shù)不斷取得新的進(jìn)展，目前油浸式變壓器上主要采用片式散熱器散熱，片式散熱器散熱性能的好壞對(duì)變壓器性能有著至關(guān)重要的影響。片式散熱器結(jié)構(gòu)的合理優(yōu)化設(shè)計(jì)可以有效提高其散熱能力，國(guó)內(nèi)外各研究人員通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)值模擬的方法針對(duì)片式散熱器的不同結(jié)構(gòu)對(duì)散熱能力的影響展開(kāi)了廣泛的研究。片式散熱器的結(jié)構(gòu)參數(shù)對(duì)傳熱特性有很大影響，國(guó)內(nèi)外許多的學(xué)者都對(duì)其展開(kāi)廣泛的實(shí)驗(yàn)和數(shù)值研究。在國(guó)內(nèi)，李玉寶等研究得出，通過(guò)對(duì)肋片幾何參數(shù)的合理調(diào)整能使散熱器傳熱熱阻減小，為設(shè)計(jì)散熱能力強(qiáng)的片式散熱器提供參考[3]。按照一定角度對(duì)片式散熱器進(jìn)行削肩可以看成是將上集油管傾斜一定角度，如圖 1.1 所示，相比于普通片式散熱器組，其可以充分發(fā)揮每片散熱片的散熱能力。梁義明等探索片式散熱器整體削肩角度分別為 10°、20°和 30°時(shí)對(duì)散熱器散熱性能的影響，指出隨著削肩角度增大，散熱面積在逐步減小，換熱效果表現(xiàn)為先增加后降低的趨勢(shì)，得出對(duì)于尺寸有差異的片式散熱器組，整體削肩改造角度在約 20°時(shí)的散熱效果最好[4]。上集油管

a 直角三角形翼 b 梯形翼 c 矩形翼 d 斜截圓柱體 e 斜截橢圓柱體圖 1.2 幾種常見(jiàn)的渦流發(fā)生器Fig. 1.2 Several common vortex generators縱向渦發(fā)生器于 1960 年由 Schubauer 和 Spagenberg 首次提出，1982 年縱向渦發(fā)生器強(qiáng)化散熱的研究拉開(kāi)了序幕[40]�？v向渦發(fā)生器是一種很好的被動(dòng)式強(qiáng)化傳熱的手段，能應(yīng)用于不同類(lèi)型的換熱器[41-43]。主流區(qū)與近壁面處的流體間由于縱向渦的存在而互相的影響，削弱或破壞近壁面處邊界層，帶走熱能，實(shí)現(xiàn)強(qiáng)化傳熱的目的[44]。渦流發(fā)生器的形狀不同，傳熱效果也不同，國(guó)內(nèi)外許多研究人員對(duì)各類(lèi)渦發(fā)生器進(jìn)行了研究，

附面層渦流發(fā)生器由于流動(dòng)阻力小，因此研究和應(yīng)用都很廣泛按應(yīng)用形式分類(lèi)生器依據(jù)其控制附面層分離的方式分為：主動(dòng)型和被動(dòng)型渦流生器安裝在容易出現(xiàn)流動(dòng)分離區(qū)域前面一定距離的地方，根據(jù)流管射流速度來(lái)控制流動(dòng)分離[62]。如今被動(dòng)型渦流發(fā)生器廣泛按翼型幾何形狀分類(lèi)器按形狀不同分為翼型和擾流柱型渦發(fā)生器兩類(lèi)。翼型不同的能力不同，尋求渦流發(fā)生器最優(yōu)形狀大小是當(dāng)前研究的關(guān)鍵。狀如圖 1.3 所示。按安裝特征分類(lèi)生器按安裝特征可分為單葉型、復(fù)葉型、瀑布級(jí)聯(lián)型等，其中型、三角葉片型和梯形葉片型等。

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