气体绝缘母线热计算及其影响因素分析

气体绝缘母线的散热性能研究是母线设计及状态检测的重要环节。分别建立了分相及三相共箱式母线涡流场、流体场以及温度场有限元分析模型,将涡流场分析得到的焦耳热损耗作为热源间接耦合至流体场与温度场。进行温升计算时,考虑了对流与辐射换热过程中流体密度、导热系数以及动力粘度随温度变化的特性。通过确定换热边界条件,求解出不同结构母线的温度场分布,与实验数据的对比验证了计算结果的正确性。应用此热计算模型研究了环境温度、气体压强以及负荷电流对不同结构母线温度场分布的影响,所得出的结论对于母线设计及其运行期间的状态检测具有一定的参考意义。     

基于流体多组分传输的气体绝缘母线温度场数值计算与分析

气体绝缘母线的工作状态与其散热性能以及温升直接相关。建立了有限元模型计算母线导体焦耳热损耗以及外壳涡流损耗,根据流体力学理论,采用流体多组分传输模型计算母线流场与温度场分布。利用单元映射方法实现涡流场、流场以及温度场的间接耦合,综合考虑母线与其内部绝缘气温度变化特性。针对分相封闭母线及共相封闭母线两种不同母线结构稳态与瞬态温度场进行数值计算,分析了母线与气体及外部空气边界的对流与辐射换热效应、流体物性参数随温度变化特性。针对分相封闭母线及共相封闭母线两种不同母线结构稳态与瞬态温度场进行数值计算,分析了母线与气体交界面对流与辐射换热量的比例关系、传热系数分布以及母线温升随电力负荷与时间的变化过程。通过对比计算结果与传统工程算法、单组分分析方法以及实验结果,验证了该模型的正确性。     

GIL管廊通风温度场研究

文中以1 100 kV GIL管廊母线通风散热为研究对象,采用流体力学商用计算软件Fluent建立了流—热耦合场数学模型;运用有限元法对流—热耦合场进行三维数值计算,得到了管廊内流体场与温度场分布规律。研究结果可为GIL管廊母线的通风散热设计提供参考。     

三种绝缘气体下开关设备的温度场及流场对比与分析

基于热传导微分方程、流体运动控制方程及辐射换热方程,建立了开关设备的传导、对流和辐射换热相互耦合的数学模型,并采用壁函数法处理对流换热边界条件。利用棱边单元法计算了考虑集肤效应、邻近效应及涡流效应下载流导体和外壳的焦耳热损耗。以某型号开关设备为对象,采用有限容积法和六面体网格,分别计算分析SF6、N2、空气中开关设备的三维温度场与气流场,从温升角度探讨空气、N2作为SF6替代气体的可行性。计算结果表明,三种气体中温度分布基本相同,温升大小表现为SF6气体内的最高,N2内与空气内的差别不大;三种气体中的气流速度大小顺序也表现为相似的规律。从温升角度考虑,在满足绝缘条件的前提下,空气、氮气具有替代SF6的可行性。     

笼型感应电机流体流动对温度场分布的影响

以一台Y802-2型笼型感应电机为例,对中小型感应电机三维流体流动与传热进行了研究。根据样机的通风结构及传热特点,建立外部近似无限大流场空间与电机三维有限元结构模型,并在电机内外流场空间中建立了转子表面旋转流体薄层和风扇旋转流体区域。给定流场空间中运动区域与静止区域边界条件及基本假设,采用有限体积法对流体运动方程和能量方程进行耦合求解,可以得到流场中流体介质的运动状态以及电机内外各个表面的散热系数,并以此为依据对电机三维全域温度场进行数值计算。将流体场耦合计算得到的温度场分布和传统温度场计算结果分别与实验测量值进行了比较,证明了中小型感应电机三维流体场与温度场存在着强烈的耦合关系,基于流体流动的温度场计算结果较传统方法得到的温度分布更具准确性与合理性。     

热辐射对圆管内层流半透明流体换热的影响

通过数值模拟圆管内半透明流体层流充分发展流动时的辐射与对流耦合换热,了辐射对耦合换热中的温度分布及对流换热的影响,流体是吸收,发射与各向同性散射常物性百介质,管壁温度保持均匀,恒定。采用离散坐标法求解圆柱坐标系下的非线性积分一微分形式的辐射的传递方程,以获得介质内的辐射换热项,并将该项作为耦合换热能量控制方程的源项处理。采用控制容积法离散能量控制方程,并结合管内层流充分发展流的速度分布进行数值求解,在不同的贝克利数和光学厚度条件下,考察了介质的辐射－导热参数以及散射反照率对耦合换热中的无量纲温度分布及对流换热局部努射尔数分布的影响。研究结果表明,热辐射对圆管内层流半透明流体的传热特征有重要影响,除了促进流体内温度场的发展外,热辐射作用还使对流换热局部努谢尔数分布发生较大变化。与相应条件下无辐射伴随发生的对流换热相比,辐射与对流耦合换热中的对流换热局部努谢尔数在加热起始位置附近的一个区域内首先下降,然后逐渐回升,随着热边界层的充分发展最终达到一个更高的数值,并保持稳定,对加热管（流体被加热）和冷却管两种不同场合中的耦合换热,热辐射在后者中所起的作用更加明显。     

不同装配结构的气体绝缘母线接头 温升数值计算

为有效监测GIL母线接头温升,建立水平、90°转角单元装配两种不同结构下,GIL母线接头位置包含外部空气在内的GIL母线接头电磁场、流体场以及温度场耦合计算的有限元模型。迭代计算了与温度相关的焦耳热损耗,并将其按照区域映射至温度场、流体场进行温升计算。采用Boussinesq模型模拟GIL母线壳体内SF_6气体及空气的自然对流引起的温度场变化。利用该模型研究了运行电流及母线结构对GIL母线接头温升及外壳温升的影响,并对比了是否考虑气体自然对流时的温升计算结果。计算结果表明,气体对流作用下外壳内表面存在温度敏感点,结论为GIL设计和GIL母线接头温度监测提供了可靠的理论依据。     

气化炉辐射废锅内多相流场和温度场的数值模拟

通过直接数值模拟的方法对实际气流床煤气化辐射废锅内三维多相流流场和温度场进行了模拟。连续相流场采用Realizablek-ε湍流模型求解,而颗粒相采用基于随机过程的随机轨道模型,并采用双向耦合算法计算两相间的相互作用。温度场计算肘基于灰气体加权和模型与离散坐标法相结合的方法求解热辐射方程,同时考虑了煤渣颗粒的热辐射和散射影响,利用Ranz-Marshall关系式计算气固相间对流换热作用。结果表明:辐射废锅顶部存在一火炬状入口射流,其长度随中心流道的缩小而缩短;辐射废锅顶部、底部以及入口射流周围各自存在不同形状回流区;整体温度随鳍片水冷壁面积的增加而降低,但鳍片宽度过大可能造成水冷壁灰渣沉积堵塞;不同水冷壁布置方式的计算结果与实际测量值基本吻合。     

基于有限元分析的GIS母线筒温度场分布研究

利用ANSYS/EMAG软件对建立的某110 kV室内GIS开关变电站直筒型和T型结构的GIS母线筒三维实体模型进行分析。分别得到在对称、不对称三相电流情况下GIS母线筒内磁场强度分布及母线筒外壳感应电流密度分布,并对其电能损耗进行了定量计算。利用ANSYS中FLUID142单元对其母线筒内流场、温度场进行了数值仿真计算。通过求解计算给出了GIS母线筒内母线导体温度分布情况、母线筒壳体温度分布情况以及内部SF6气体流场分布情况。为验证温度场计算结果的准确性,测量了GIS母线筒在不同运行工况下母线筒温度场分布情并与仿真结果进行比较。     

大型电机定子三维流体场计算及其对温度场分布的影响

文中从计算流体力学理论出发，对大型电机定子通风结构进行分析，建立了定子径向通风沟内流体运动的微分方程，确定三维流体场的求解区域和边界条件，并进行了数值计算和分析，得到了径向通过沟内的三维流体场的分布。在流体场计算的基础上计算了径向通风沟内各壁面的散热系数，建立定子三维温度场的数学模型并进行计算。将基于三维流体场分析得到的定子温度分布与传统的温度场计算结果及解析法计算的结果和实测值进行比较，证实大型电机定子内流场与温度场存在较强的耦合关系。     

电站锅炉受热面高温积灰的数值模拟

针对某电站锅炉的炉内过程进行数值模拟。以加拿大过程仿真公司开发的软件为基础，运用流体、化学、能量和辐射模型仿真炉膛内部的燃烧过程；运用辐射和对流换热模型仿真沿水平烟道的过热器热交换过程。通过对温度场和速度场的模拟计算，揭示锅炉炉内和高温受热面处的实际情况。仿真结果显示，温度场和速度场造成了受热面的高温积灰，仿真结果得到了实验验证。     

大功率高速永磁电机三维全域热-流场分析

大功率高速永磁电机采用空-水冷混合冷却系统,同时存在水流域和空气流域,常规的单流域数值计算简化模型很难精确计算电机温度场。本文以一台1.12MW、18000r/min的空-水冷高速永磁电机为例,建立三维全域流-固求解域模型,提出多层变尺度网格划分方法,实现对电机网格的精细化控制。采用有限体积法对流体场及温度场进行耦合计算,揭示了水流场与空气流场的流动特性以及电机内各个部件的温度场分布特性。将全域热流场计算结果与实验结果进行对比,验证了计算方法的准确性。基于全流域计算结果,拟合出对流换热系数与双螺旋水道轴向位置的关系式。为高速永磁电机冷却系统优化设计等相关研究奠定基础。     

离相GIS母线温度预测方法研究

为了弥补现有测温装置只能检测GIS母线表面温度的不足,研究了一种离相GIS母线温度预测方法.利用Kelvin函数计算母线导体与外壳的集肤效应系数,并结合负荷电流计算母线焦耳热损耗;根据传热学原理,综合考虑对流及辐射换热因素,建立能量守恒方程迭代求解母线导体及外壳温度;计算结果与有限元方法以及实验数据的对比表明了该方法的正确性,对于离相GIS母线温度状态检测具有实际意义.     

回转式空预器内部温度场的数值计算

采用了基于空预器换热模型的数值计算方法来求解空预器内部温度场.针对双分仓回转式空预器的传热机理与特点,建立了三维对流换热模型并利用有限容积法进行求解.除此之外,建立了回转式空预器入口前的烟气与空气通道模型,得到了在不同半径处的对流换热模型的入口速度与温度条件.对典型300 MW双分仓回转式空预器的计算实例表明,数值方法的计算结果与试验结果吻合,是实现空预器冷端金属温度监测的有效可行的方法,能够为回转式空预器的经济运行提供有力指导.     

汽轮发电机氢内冷转子三维温度场研究

本文对一类大型汽轮发电机氢内冷转子的三维稳态温度场进行数值仿真,与迄今为止的多数算法不同,本文将通风道气流也作为计算对象,将气流与转子本体统一进行网格剖分和计算。仿真结果指出槽与槽之间温度近乎绝缘。 本文研究了通风孔道阻塞、平均换热系数、局部换热系数以及表面损耗等对温度场的影响,并建立了温度分布与平均换热系数以及表面高频与摩擦损耗的经验公式     

高速永磁同步电机转子瞬态温度场解析解

在转子的热设计中,很自然地有如下要求:在已知转子内热源的条件下,确定转子需要多大的对流换热系数以及相应气隙流体温度,使得转子局部最高温度不超过设计值。内热源已知的条件下,实验测量转子温度和气隙流体温度便可得到相应的对流换热系数。为解决高速永磁电机转子热设计问题,本文给出了转子温度场的解析解。首先将时变的且含内热源的传热方程无量纲化,然后利用傅里叶积分变换法求解,其中轴向分布不均的对流换热系数和气隙流体温度用等效的对流换热系数和等效气隙流体温度代替。通过与有限元计算结果对比,验证了该解析解的正确性。获得了一类高速永磁电机转子在各种散热因素作用下的稳态最高温度分布图,为转子的热设计提供了理论支持。     

不同散热条件对开关柜母线室温度分布影响探究

开关柜的温度场仿真计算对开关柜的运行检修与设计具有重大指导意义,但由于开关柜模型复杂,计算量大,在现有仿真计算中常忽略热辐射过程以提高计算效率,缺乏对网格剖分的精细化控制,对风机开启下的强迫对流散热效果也缺乏直观对比。因此,本文以开关柜的典型结构——母线室为研究对象,建立精细三维模型,利用ICEM软件对网格进行局部控制的优化剖分,再将模型导入CFX软件进行温度-流体场仿真计算与分析,探究热辐射散热与风机对流散热对开关柜内部温度分布规律的影响,结果表明热辐射散热使母排温度下降,柜体角落处温度明显上升,整体分布更加均匀;风机散热使母线室内部流速激增,降温效果明显,并通过实验验证了仿真计算的准确性。     

对流—辐射边界对变压器温度场影响的解耦研究北大核心CSCD

对流—辐射边界是油浸式变压器最重要的散热方式,对变压器内部温度分布具有决定性作用。文中结合传热学基本理论以及变压器实际结构对变压器对流边界和辐射边界进行研究,针对目前直接以材料辐射率表征辐射换热强度的方法进行修正,结合变压器结构提出了有效辐射率的概念,使得辐射边界计算更加准确。并通过建立110 kV油浸式变压器三维流体—温度场模型分析了不同环境条件(风速、环境温度)对变压器对流边界和辐射边界的影响,为有限元分析计算中边界条件的确定提供了指导。     

三峡水轮发电机全定子非线性热-流体耦合网络模型研究

为了计算水轮发电机水冷定子温度场,提出了基于有限元法计算参数的三峡水轮发电机全定子非线性热-流体耦合网络模型。网络模型中热阻参数均采用有限元法计算发电机三维局部温度模型得到,提高了参数计算准确性。模型计及铜的电阻率和水铜交界面对流换热系数随温度的变化而造成耦合网络方程的非线性。该模型可克服解算定子局部模型时某些边界条件无法确定的问题,同时实现了热网络和流体网络的耦合求解,计算值与实际运行数据基本符合,说明了该模型的正确性和有效性。为研究大型发电机全定子温度场提供了一种新方法。     

多风路空冷汽轮发电机定子内流体流动与传热耦合计算与分析

根据大型空冷汽轮发电机多风路通风系统内流体流动与传热的特点,建立了定子多风路通风系统三维流动与传热耦合计算的物理模型和数学模型,并给出求解域相应的边界条件及假设条件,采用有限体积法对三维流体场和温度场控制方程进行耦合计算;对定子各个径向通风沟内的流体速度、温度以及电机各部分温度的空间分布特性进行分析,并将耦合场计算结果与实测结果进行比较分析,为多风路大型电机综合物理场的准确计算提供理论依据.