為改善油浸式變壓器的性能,探索變壓器內(nèi)部溫度場(chǎng)-流場(chǎng)的工作特性,該文提出基于渦流-溫度-流場(chǎng)多物理場(chǎng)耦合方法,建立油浸式變壓器內(nèi)部流動(dòng)-傳熱計(jì)算模型。該模型采用有限元差分法（FDM）計(jì)算變壓器內(nèi)渦流場(chǎng);采用格子玻耳茲曼方法（LBM）計(jì)算變壓器內(nèi)溫度-流場(chǎng)。該計(jì)算方法在宏觀上以開(kāi)爾文為單位通過(guò)傳熱學(xué)第一類邊界條件實(shí)現(xiàn)了固-液邊界傳熱;在介觀上以無(wú)量綱的格子玻耳茲曼方法中分子分布函數(shù)為單位對(duì)變壓器內(nèi)鐵心繞組固體域與絕緣油流體域進(jìn)行溫度傳遞與油流流動(dòng)的計(jì)算,完成基于宏觀-介觀單位尺度變化的流-固溫度耦合傳熱計(jì)算。在此基礎(chǔ)上分析油浸式變壓器內(nèi)部溫度場(chǎng)與流場(chǎng)的工作特性。為驗(yàn)證計(jì)算模型的有效性,該文設(shè)計(jì)變壓器流動(dòng)-傳熱模擬實(shí)驗(yàn)平臺(tái),進(jìn)行正常工作狀況下變壓器模型的流動(dòng)-傳熱實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明,該計(jì)算方法由于格子玻耳茲曼算法迭代前期需要擴(kuò)散格子密度覆蓋計(jì)算區(qū)域,計(jì)算迭代前期溫升狀況不明顯,無(wú)法有效地?cái)M合油浸式變壓器內(nèi)部溫度場(chǎng)與流場(chǎng)工作特性;在計(jì)算方法迭代一定次數(shù)后,計(jì)算誤差在5%以內(nèi),能有效地?cái)M合變壓器工作特性。該算法模型對(duì)開(kāi)展預(yù)防油浸式變壓器內(nèi)部故障工作,減少油浸式變壓器內(nèi)部過(guò)熱事故有著一定的工程意... 

【文章來(lái)源】：電工技術(shù)學(xué)報(bào). 2020,35(16)北大核心EICSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：9 頁(yè)

【部分圖文】：

基于多物理場(chǎng)的傳熱-流動(dòng)分析模擬方法Fig.1Heattransfer-flowsimulationbasedon

3438電工技術(shù)學(xué)報(bào)2020年8月在圖1中以鐵心繞組運(yùn)行中產(chǎn)生的渦流損耗、繞組運(yùn)行中產(chǎn)生的功率損耗為初始熱源，其中，繞組渦流損耗較小且不超過(guò)整體渦流損耗的2%，通過(guò)變壓器內(nèi)部固體與液體熱量交換，以及溫度場(chǎng)與流場(chǎng)相互影響，進(jìn)行渦流-溫度-流體多物理場(chǎng)傳熱-流動(dòng)分析。基于宏觀-介觀多尺度的傳熱-流動(dòng)模擬方法如圖2所示。本文通過(guò)圖2對(duì)宏觀-介觀多尺度變化定義為：在流-固交界面以開(kāi)爾文（K）作為單位尺度以第一類邊界條件的傳熱學(xué)定律計(jì)算傳熱，在變壓器固體域與流體域中以基于分子動(dòng)理論的格子玻耳茲曼方法中格子分布函數(shù)（無(wú)量綱數(shù)）作為單位尺度計(jì)算傳熱。計(jì)算過(guò)程將溫度在宏觀-介觀不同單位尺度的傳遞進(jìn)行結(jié)合。圖2基于宏觀-介觀多尺度的傳熱-流動(dòng)模擬方法Fig.2Heattransfer-flowaimulationmethodbasedonmacroscopic-mesoscopicmulti-scale1.2基于有限差分法的渦流場(chǎng)分析有限差分法（FiniteDifferenceMethod,FDM）是一種求解偏微分方程和方程組數(shù)值解的方法，它的基本思想是將微分方程的求解域用有限數(shù)量的差分網(wǎng)格進(jìn)行劃分，取連續(xù)的求解域，用差商替代微分來(lái)求解理論方程，通過(guò)迭代計(jì)算得到微分方程的近似解[12]。本文基于有限差分法求解油浸式變壓器電磁場(chǎng)中的麥克斯韋方程組，并得到渦流損耗。11d()()diiiiiiyfxxfxxxxx≈（1）式中，y為磁場(chǎng)強(qiáng)度；x為網(wǎng)格位置；x為網(wǎng)格尺度大小；i為網(wǎng)格個(gè)數(shù)。1.3基于流-固耦合的格子玻耳茲曼方法分析格子玻耳茲曼方法（LatticeBoltzmannMethod,LBM）是一種介觀尺度上以分子動(dòng)理論為基礎(chǔ)，采用分子分布函

3438電工技術(shù)學(xué)報(bào)2020年8月在圖1中以鐵心繞組運(yùn)行中產(chǎn)生的渦流損耗、繞組運(yùn)行中產(chǎn)生的功率損耗為初始熱源，其中，繞組渦流損耗較小且不超過(guò)整體渦流損耗的2%，通過(guò)變壓器內(nèi)部固體與液體熱量交換，以及溫度場(chǎng)與流場(chǎng)相互影響，進(jìn)行渦流-溫度-流體多物理場(chǎng)傳熱-流動(dòng)分析�；诤暧^-介觀多尺度的傳熱-流動(dòng)模擬方法如圖2所示。本文通過(guò)圖2對(duì)宏觀-介觀多尺度變化定義為：在流-固交界面以開(kāi)爾文（K）作為單位尺度以第一類邊界條件的傳熱學(xué)定律計(jì)算傳熱，在變壓器固體域與流體域中以基于分子動(dòng)理論的格子玻耳茲曼方法中格子分布函數(shù)（無(wú)量綱數(shù)）作為單位尺度計(jì)算傳熱。計(jì)算過(guò)程將溫度在宏觀-介觀不同單位尺度的傳遞進(jìn)行結(jié)合。圖2基于宏觀-介觀多尺度的傳熱-流動(dòng)模擬方法Fig.2Heattransfer-flowaimulationmethodbasedonmacroscopic-mesoscopicmulti-scale1.2基于有限差分法的渦流場(chǎng)分析有限差分法（FiniteDifferenceMethod,FDM）是一種求解偏微分方程和方程組數(shù)值解的方法，它的基本思想是將微分方程的求解域用有限數(shù)量的差分網(wǎng)格進(jìn)行劃分，取連續(xù)的求解域，用差商替代微分來(lái)求解理論方程，通過(guò)迭代計(jì)算得到微分方程的近似解[12]。本文基于有限差分法求解油浸式變壓器電磁場(chǎng)中的麥克斯韋方程組，并得到渦流損耗。11d()()diiiiiiyfxxfxxxxx≈（1）式中，y為磁場(chǎng)強(qiáng)度；x為網(wǎng)格位置；x為網(wǎng)格尺度大小；i為網(wǎng)格個(gè)數(shù)。1.3基于流-固耦合的格子玻耳茲曼方法分析格子玻耳茲曼方法（LatticeBoltzmannMethod,LBM）是一種介觀尺度上以分子動(dòng)理論為基礎(chǔ)，采用分子分布函

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
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博士論文
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[2]油浸式變壓器繞組熱點(diǎn)溫度計(jì)算模型及預(yù)測(cè)方法研究[D]. 蘇小平.重慶大學(xué) 2012

碩士論文
[1]大型電力變壓器附加損耗與溫度場(chǎng)分析[D]. 唐宇.哈爾濱理工大學(xué) 2017
[2]非晶合金變壓器鐵心碎片引起絕緣故障機(jī)理的研究[D]. 常怡東.武漢大學(xué) 2017



本文編號(hào)：3489249