基于多尺度多物理場的油浸式變壓器流動-傳熱數(shù)值研究
發(fā)布時間：2021-11-11 17:41
為改善油浸式變壓器的性能,探索變壓器內部溫度場-流場的工作特性,該文提出基于渦流-溫度-流場多物理場耦合方法,建立油浸式變壓器內部流動-傳熱計算模型。該模型采用有限元差分法（FDM）計算變壓器內渦流場;采用格子玻耳茲曼方法（LBM）計算變壓器內溫度-流場。該計算方法在宏觀上以開爾文為單位通過傳熱學第一類邊界條件實現(xiàn)了固-液邊界傳熱;在介觀上以無量綱的格子玻耳茲曼方法中分子分布函數(shù)為單位對變壓器內鐵心繞組固體域與絕緣油流體域進行溫度傳遞與油流流動的計算,完成基于宏觀-介觀單位尺度變化的流-固溫度耦合傳熱計算。在此基礎上分析油浸式變壓器內部溫度場與流場的工作特性。為驗證計算模型的有效性,該文設計變壓器流動-傳熱模擬實驗平臺,進行正常工作狀況下變壓器模型的流動-傳熱實驗。實驗結果表明,該計算方法由于格子玻耳茲曼算法迭代前期需要擴散格子密度覆蓋計算區(qū)域,計算迭代前期溫升狀況不明顯,無法有效地擬合油浸式變壓器內部溫度場與流場工作特性;在計算方法迭代一定次數(shù)后,計算誤差在5%以內,能有效地擬合變壓器工作特性。該算法模型對開展預防油浸式變壓器內部故障工作,減少油浸式變壓器內部過熱事故有著一定的工程意...
【文章來源】：電工技術學報. 2020,35(16)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：9 頁
【部分圖文】：
基于多物理場的傳熱-流動分析模擬方法Fig.1Heattransfer-flowsimulationbasedon
3438電工技術學報2020年8月在圖1中以鐵心繞組運行中產生的渦流損耗、繞組運行中產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整體渦流損耗的2%，通過變壓器內部固體與液體熱量交換，以及溫度場與流場相互影響，進行渦流-溫度-流體多物理場傳熱-流動分析。基于宏觀-介觀多尺度的傳熱-流動模擬方法如圖2所示。本文通過圖2對宏觀-介觀多尺度變化定義為：在流-固交界面以開爾文（K）作為單位尺度以第一類邊界條件的傳熱學定律計算傳熱，在變壓器固體域與流體域中以基于分子動理論的格子玻耳茲曼方法中格子分布函數(shù)（無量綱數(shù)）作為單位尺度計算傳熱。計算過程將溫度在宏觀-介觀不同單位尺度的傳遞進行結合。圖2基于宏觀-介觀多尺度的傳熱-流動模擬方法Fig.2Heattransfer-flowaimulationmethodbasedonmacroscopic-mesoscopicmulti-scale1.2基于有限差分法的渦流場分析有限差分法（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)量的差分網格進行劃分，取連續(xù)的求解域，用差商替代微分來求解理論方程，通過迭代計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為磁場強度；x為網格位置；x為網格尺度大小；i為網格個數(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理論為基礎，采用分子分布函
3438電工技術學報2020年8月在圖1中以鐵心繞組運行中產生的渦流損耗、繞組運行中產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整體渦流損耗的2%，通過變壓器內部固體與液體熱量交換，以及溫度場與流場相互影響，進行渦流-溫度-流體多物理場傳熱-流動分析�；诤暧^-介觀多尺度的傳熱-流動模擬方法如圖2所示。本文通過圖2對宏觀-介觀多尺度變化定義為：在流-固交界面以開爾文（K）作為單位尺度以第一類邊界條件的傳熱學定律計算傳熱，在變壓器固體域與流體域中以基于分子動理論的格子玻耳茲曼方法中格子分布函數(shù)（無量綱數(shù)）作為單位尺度計算傳熱。計算過程將溫度在宏觀-介觀不同單位尺度的傳遞進行結合。圖2基于宏觀-介觀多尺度的傳熱-流動模擬方法Fig.2Heattransfer-flowaimulationmethodbasedonmacroscopic-mesoscopicmulti-scale1.2基于有限差分法的渦流場分析有限差分法（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)量的差分網格進行劃分，取連續(xù)的求解域，用差商替代微分來求解理論方程，通過迭代計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為磁場強度；x為網格位置；x為網格尺度大�。籭為網格個數(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理論為基礎，采用分子分布函
【參考文獻】：
期刊論文
[1]MRT-LBM三重網格局部加密算法研究[J]. 曲延鵬,張坤,陳頌英. 北京理工大學學報. 2018(05)
[2]基于粒子群優(yōu)化-支持向量回歸的變壓器繞組溫度軟測量模型[J]. 彭道剛,陳躍偉,錢玉良,黃超. 電工技術學報. 2018(08)
[3]濕式除塵器內部湍流場與粒子軌跡的數(shù)值分析[J]. 寧致遠,沈欣軍,李樹然,閆克平. 浙江大學學報(工學版). 2017(02)
[4]基于有限元法的變壓器電磁振動噪聲分析[J]. 胡靜竹,劉滌塵,廖清芬,晏陽,梁姍姍. 電工技術學報. 2016(15)
[5]基于COMSOL的變壓器中超聲波傳播特性[J]. 齊偉強,李儉,陳柏超,袁佳歆,鐘永恒. 電工技術學報. 2015(S2)
[6]牽引變壓器中運動金屬顆粒群的分布狀態(tài)及影響因素仿真研究[J]. 麻守孝,唐炬,張明君,劉知遠,李興興. 高電壓技術. 2015(11)
[7]采用有限差分求解高壓直流輸電線路空間離子流場的新方法[J]. 喬驥,鄒軍,袁建生,李本良. 電工技術學報. 2015(06)
[8]多重網格格子Boltzmann方法的并行算法[J]. 劉智翔,宋安平,徐磊,鄭漢垣,張武. 計算機應用. 2014(11)
[9]基于LBM流固耦合算法的橋梁顫振穩(wěn)定性分析[J]. 劉克同,湯愛平,MIONKI Patrick Kirema. 四川大學學報(工程科學版). 2014(05)
[10]格子Boltzmann方法的工程熱物理應用[J]. 何雅玲,李慶,王勇,唐桂華. 科學通報. 2009(18)
博士論文
[1]絕緣油中金屬顆粒在流動狀態(tài)下產生的局部放電特性及影響因素研究[D]. 麻守孝.重慶大學 2016
[2]油浸式變壓器繞組熱點溫度計算模型及預測方法研究[D]. 蘇小平.重慶大學 2012
碩士論文
[1]大型電力變壓器附加損耗與溫度場分析[D]. 唐宇.哈爾濱理工大學 2017
[2]非晶合金變壓器鐵心碎片引起絕緣故障機理的研究[D]. 常怡東.武漢大學 2017
本文編號：3489249
【文章來源】：電工技術學報. 2020,35(16)北大核心EICSCD
【文章頁數(shù)】：9 頁
【部分圖文】：
基于多物理場的傳熱-流動分析模擬方法Fig.1Heattransfer-flowsimulationbasedon
3438電工技術學報2020年8月在圖1中以鐵心繞組運行中產生的渦流損耗、繞組運行中產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整體渦流損耗的2%，通過變壓器內部固體與液體熱量交換，以及溫度場與流場相互影響，進行渦流-溫度-流體多物理場傳熱-流動分析。基于宏觀-介觀多尺度的傳熱-流動模擬方法如圖2所示。本文通過圖2對宏觀-介觀多尺度變化定義為：在流-固交界面以開爾文（K）作為單位尺度以第一類邊界條件的傳熱學定律計算傳熱，在變壓器固體域與流體域中以基于分子動理論的格子玻耳茲曼方法中格子分布函數(shù)（無量綱數(shù)）作為單位尺度計算傳熱。計算過程將溫度在宏觀-介觀不同單位尺度的傳遞進行結合。圖2基于宏觀-介觀多尺度的傳熱-流動模擬方法Fig.2Heattransfer-flowaimulationmethodbasedonmacroscopic-mesoscopicmulti-scale1.2基于有限差分法的渦流場分析有限差分法（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)量的差分網格進行劃分，取連續(xù)的求解域，用差商替代微分來求解理論方程，通過迭代計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為磁場強度；x為網格位置；x為網格尺度大小；i為網格個數(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理論為基礎，采用分子分布函
3438電工技術學報2020年8月在圖1中以鐵心繞組運行中產生的渦流損耗、繞組運行中產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整體渦流損耗的2%，通過變壓器內部固體與液體熱量交換，以及溫度場與流場相互影響，進行渦流-溫度-流體多物理場傳熱-流動分析�；诤暧^-介觀多尺度的傳熱-流動模擬方法如圖2所示。本文通過圖2對宏觀-介觀多尺度變化定義為：在流-固交界面以開爾文（K）作為單位尺度以第一類邊界條件的傳熱學定律計算傳熱，在變壓器固體域與流體域中以基于分子動理論的格子玻耳茲曼方法中格子分布函數(shù)（無量綱數(shù)）作為單位尺度計算傳熱。計算過程將溫度在宏觀-介觀不同單位尺度的傳遞進行結合。圖2基于宏觀-介觀多尺度的傳熱-流動模擬方法Fig.2Heattransfer-flowaimulationmethodbasedonmacroscopic-mesoscopicmulti-scale1.2基于有限差分法的渦流場分析有限差分法（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)量的差分網格進行劃分，取連續(xù)的求解域，用差商替代微分來求解理論方程，通過迭代計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為磁場強度；x為網格位置；x為網格尺度大�。籭為網格個數(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理論為基礎，采用分子分布函
【參考文獻】：
期刊論文
[1]MRT-LBM三重網格局部加密算法研究[J]. 曲延鵬,張坤,陳頌英. 北京理工大學學報. 2018(05)
[2]基于粒子群優(yōu)化-支持向量回歸的變壓器繞組溫度軟測量模型[J]. 彭道剛,陳躍偉,錢玉良,黃超. 電工技術學報. 2018(08)
[3]濕式除塵器內部湍流場與粒子軌跡的數(shù)值分析[J]. 寧致遠,沈欣軍,李樹然,閆克平. 浙江大學學報(工學版). 2017(02)
[4]基于有限元法的變壓器電磁振動噪聲分析[J]. 胡靜竹,劉滌塵,廖清芬,晏陽,梁姍姍. 電工技術學報. 2016(15)
[5]基于COMSOL的變壓器中超聲波傳播特性[J]. 齊偉強,李儉,陳柏超,袁佳歆,鐘永恒. 電工技術學報. 2015(S2)
[6]牽引變壓器中運動金屬顆粒群的分布狀態(tài)及影響因素仿真研究[J]. 麻守孝,唐炬,張明君,劉知遠,李興興. 高電壓技術. 2015(11)
[7]采用有限差分求解高壓直流輸電線路空間離子流場的新方法[J]. 喬驥,鄒軍,袁建生,李本良. 電工技術學報. 2015(06)
[8]多重網格格子Boltzmann方法的并行算法[J]. 劉智翔,宋安平,徐磊,鄭漢垣,張武. 計算機應用. 2014(11)
[9]基于LBM流固耦合算法的橋梁顫振穩(wěn)定性分析[J]. 劉克同,湯愛平,MIONKI Patrick Kirema. 四川大學學報(工程科學版). 2014(05)
[10]格子Boltzmann方法的工程熱物理應用[J]. 何雅玲,李慶,王勇,唐桂華. 科學通報. 2009(18)
博士論文
[1]絕緣油中金屬顆粒在流動狀態(tài)下產生的局部放電特性及影響因素研究[D]. 麻守孝.重慶大學 2016
[2]油浸式變壓器繞組熱點溫度計算模型及預測方法研究[D]. 蘇小平.重慶大學 2012
碩士論文
[1]大型電力變壓器附加損耗與溫度場分析[D]. 唐宇.哈爾濱理工大學 2017
[2]非晶合金變壓器鐵心碎片引起絕緣故障機理的研究[D]. 常怡東.武漢大學 2017
本文編號：3489249
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