不同电压类型下油流中纤维杂质颗粒运动特性仿真研究

变压器油中纤维杂质颗粒受到油体流动的影响,其运动特性将发生变化,为详细探究其运动规律,采用动力学分析方法构建了单颗粒纤维杂质在流动绝缘油中固-液两相流多物理场模型,对交、直流电场下绝缘油中的不同尺寸纤维杂质颗粒在不同速度油流中的运动特性进行了系统分析。研究结果表明：油流速度对直流和交流电场下的纤维杂质颗粒影响较大,较高流速下纤维杂质颗粒不易发生碰撞,转移电荷机率降低,形成集聚的可能性减小;在直流准均匀电场中,纤维杂质颗粒在油流状态下的最大运动速度以及与电极碰撞次数和颗粒尺寸半径几乎成线性关系,且随着油流速度的增大,线性关系曲线的斜率逐渐减小;与直流电场相比,交流电场下的纤维杂质颗粒在油流作用下更加不易发生碰撞,不易在电极间转移电荷,形成“杂质小桥”的机率进一步降低。     

流动绝缘油中纤维杂质颗粒运动特性仿真研究

变压器油中纤维杂质颗粒在高压梯度场环境中易发生集聚,形成“贯通性”杂质颗粒小桥,诱发击穿放电的发生。受到强迫油循环风冷（OFAF）或导向风冷（ODAF）的影响,现场大型电力变压器中绝缘油处于流动状态,导致悬浮在绝缘油中的纤维杂质颗粒的运动特性发生改变。基于此,该文采用动力学分析方法构建了单颗粒纤维杂质在流动绝缘油中的固-液两相流多物理场模型,研究了在不同纤维杂质颗粒尺寸、电场强度幅值、油流速度、油温、初始速度和位置条件下单颗粒纤维杂质在高压直流场中的运动轨迹,获得了纤维杂质颗粒在流动绝缘油中的运动规律和影响因素。结果表明：纤维颗粒的初始速度仅对最大运动速度有影响,对颗粒与电极的碰撞次数无影响;在均匀电场中,纤维颗粒初始位置的改变,对其运动特性无影响;油流速增大将导致纤维杂质颗粒通过极板的速度变快,使得颗粒与电极板的碰撞次数减小,直径为50μm的纤维杂质颗粒在电场强度为10kV/cm、油流速度为0.4m/s的条件下几乎不会和电极发生碰撞,表明在该条件下很难形成杂质颗粒小桥,绝缘油流速是研究大型电力变压器绝缘油内纤维杂质颗粒集聚特性时要重点考虑的因素。     

细长颗粒与流场双向耦合的气固两相流数值模拟研究

细长颗粒气–固两相流中湍流流变特性研究是细长颗粒气固两相流研究的重要内容之一。基于离散单元法、刚体动力学,并引入拉格朗日时间尺度与?-ε模型的耦合关联式,构建起细长颗粒?湍流场气–固双向耦合模型,并采用此模型对某一实际流化床内的细长颗粒气-固两相流场进行了数值研究。研究发现,多数细长颗粒以其轴与流场主流速度方向近于平行的姿态在流场中向上运动;在高度上,一方面细长颗粒在此存在会导致此高度上湍流速度梯度的增加从而导致整个高度上湍动能值的增加,另一方面细长颗粒的存在又会消耗一部分当地湍流场的湍动能;水平方向上有细长颗粒存在的区域,当地湍动能值会有明显的下降;细长颗粒的存在会导致整个湍流场的压强梯度增加。     

牵引变压器中运动金属颗粒群的分布状态及影响因素仿真研究

针对牵引变压器油中金属颗粒群引起的放电问题,以Fluent软件为计算工具,采用固–液两相流理论中的Euler-Lagrange方法模拟牵引变压器内部油道中运动金属颗粒群的分布状态。用标准k-ε(k为湍动能,ε为湍能的耗散率)湍流模型对流动的变压器油进行描述,同时用颗粒轨道模型对油中金属颗粒群进行描述。在对颗粒轨道模型进行定义时,从颗粒受力情况、颗粒湍流扩散以及固–液两相耦合3方面进行设置,从变压器油中金属颗粒尺寸、油流速度和油道电场强度等方面进行精确定义。模拟结果表明:流动状态下金属颗粒群沿牵引变压器油道运动时,其运动分布状态决定了金属颗粒与电极之间的碰撞频次,且颗粒尺寸的增大、油流速度的减小及油道电场强度的增大都会使局部放电更加剧烈。金属颗粒群的分布状态会影响流动变压器油的绝缘性能。     

抽黄工程用离心泵固液两相流数值模拟

基于Navier-Stokes方程和Eulerian-Lagrangian多相流模型,对一泵站离心泵固液两相流进行了双向流固耦合数值模拟,引入相关经验公式对离散固相动量方程进行修正,同时采用Alhert模型结合Mclaury磨损实验结果对过流部件的磨损计算方法进行了定义,并分析了各流量工况不同固相体积浓度下的流场特性和离心泵外特性变化规律。数值模拟计算结果表明:固相体积浓度对流场压力分布和流场流线有着显著的影响,伴随着固相体积浓度的增大叶轮叶片正背面平均压力均有着不同幅度的上升,而叶片前后压差却逐渐缩小,同时由于固相泥沙颗粒的存在对流场的紊动起到了抑制作用,一定程度上削弱了叶轮流道二次流动的强度,因此在个别工况下甚至出现了效率上升的情况;在小流量非设计工况下运行时,由于叶轮进口前水体发生预旋导致固相颗粒在离心力作用下与边壁发生撞击和切削,进而诱发了离心泵叶轮的口环磨损;固相体积浓度的递增将增大过流部件表面固相体积分数的分布,从而加剧过流部件的磨损程度。     

基于蒙特卡罗法的脱硫塔内气固流动数值模拟

用欧拉法处理气相场的同时用基于拉格朗日法的直接数值模拟蒙特卡罗(direct simulation Monte Carlo,DSMC)法处理离散颗粒场,对循环流化床烟气脱硫塔内气固两相流动特性及其优化进行了数值模拟。基于非结构网格进行数值求解,采用四向耦合方法严格地考虑颗粒-流体、颗粒-颗粒、颗粒-器壁间相互作用,并应用高效的非结构网格搜索法,实现气固相间一一映射的耦合作用与反馈。获得了加装导流板组前后,脱硫塔内气固流动特征、轴向速度分布以及固相颗粒浓度分布,同时对影响颗粒停留时间及颗粒碰撞率的关键因素进行了分析。结果证实了调节脱硫塔内多相流动的必要性与有效性;调节后,塔内两相流动及其分布呈理想对称状态,塔内空间得到了充分利用,各粒径档颗粒停留时间比较一致;颗粒停留时间与气相场分布及颗粒物性密切相关;调节后,床内颗粒碰撞率明显低于调节前。     

颗粒属性对矿物绝缘油直流击穿特性的影响差异及原因分析

换流变压器是超高压/特高压直流输电工程中重中之重的设备。目前,绝缘油中杂质颗粒成为威胁在运换流变压器可靠运行不容忽视的因素。该文首先通过试验研究了不同浓度和不同尺寸的纤维颗粒、金属铜颗粒、纤维与铜混合颗粒对矿物绝缘油直流击穿场强的影响规律,然后联合运用颗粒动力学模型及颗粒积聚模型仿真分析了杂质颗粒在油中的积聚行为及颗粒积聚对电场分布的影响,揭示了颗粒属性对矿物绝缘油直流击穿特性的影响差异及原因。结果表明:颗粒属性决定着绝缘油直流击穿电压变化规律,含单纯纤维或铜金属颗粒油品的直流击穿电压随颗粒浓度增加总体上呈线性递减的趋势,含纤维和金属混合颗粒油品的直流击穿电压随着铜颗粒浓度的增加呈指数衰减的趋势;金属颗粒对油品绝缘性能的劣化程度大于非金属纤维颗粒,混合颗粒对油品绝缘性能的劣化程度大于单一颗粒,纤维颗粒粒径的增加进一步降低了油品直流击穿场强。试验和仿真结果一致表明,直流电场分量作用下油中颗粒积聚成桥,大幅度提升了油品的电导率,导致油中电场分布出现显著畸变。与无预压模式下直流击穿电压相比,直流预压模式下形成的颗粒积聚导致油品直流击穿场强显著下降,下降幅度超30%。     

水煤浆水平管内流动特性数值模拟

基于颗粒动理学理论,采用Eulerian多相流模型对水平管内水煤浆流动进行模拟,并采用RNG k-e湍流模型描述颗粒间具有强烈作用的两相湍流流动。将具有双峰分布特性的煤粉颗粒看作直径不同的 2 种固相,同时考虑固相与液相、固相与固相之间的动量交换。模型的有效性通过与计算相同条件下的压降试验值验证。在此基础上,通过模拟考察入口流速和浓度等因素对浓度分布、速度分布及压降的影响。结果表明：重力因素及不同颗粒相间的相互作用是影响颗粒相管内浓度分布和速度分布的根本原因。     

基于多尺度多物理场的油浸式变压器流动-传热数值研究

为改善油浸式变压器的性能,探索变压器内部温度场-流场的工作特性,该文提出基于涡流-温度-流场多物理场耦合方法,建立油浸式变压器内部流动-传热计算模型。该模型采用有限元差分法(FDM)计算变压器内涡流场;采用格子玻耳兹曼方法(LBM)计算变压器内温度-流场。该计算方法在宏观上以开尔文为单位通过传热学第一类边界条件实现了固-液边界传热;在介观上以无量纲的格子玻耳兹曼方法中分子分布函数为单位对变压器内铁心绕组固体域与绝缘油流体域进行温度传递与油流流动的计算,完成基于宏观-介观单位尺度变化的流-固温度耦合传热计算。在此基础上分析油浸式变压器内部温度场与流场的工作特性。为验证计算模型的有效性,该文设计变压器流动-传热模拟实验平台,进行正常工作状况下变压器模型的流动-传热实验。实验结果表明,该计算方法由于格子玻耳兹曼算法迭代前期需要扩散格子密度覆盖计算区域,计算迭代前期温升状况不明显,无法有效地拟合油浸式变压器内部温度场与流场工作特性;在计算方法迭代一定次数后,计算误差在5%以内,能有效地拟合变压器工作特性。该算法模型对开展预防油浸式变压器内部故障工作,减少油浸式变压器内部过热事故有着一定的工程意...     

应用“二相流”理论研制EXL—8型灰渣泵成功

设计依据泵的流道和叶型应当正确反映水流速度场和压力场分布的规律,才能更有效地进行能量转换,并且避免汽蚀破坏。灰渣泵是杂质泵的一种,实质上是固液混合的二相流动。“二相流”和“一相流”的力学性质完全不同,速度场和压力场分布的规律也不一样。因为固体颗粒使水流速度场和压力场产生畸变,压力梯度加大,很容易产生汽蚀破坏。     

天然酯绝缘油对电力变压器绕组温升及过负载特性的影响

通过建立110kV电力变压器二维流固耦合模型,采用有限体积法对比分析天然酯绝缘油和矿物绝缘油电力变压器绕组的温升特性,然后通过实验对计算方法的正确性进行验证,同时对比分析两种绝缘油在同一变压器中的绕组过负载特性。结果表明：天然酯绝缘油变压器绕组温升略高于矿物绝缘油变压器,二者热点温升相差4.7℃,但天然酯绝缘油可提高变...     

κ—ε—Ap两相湍流模型用于模拟悬浮床两相流动

从气固流动的κ-ε-Ap模型出发，对底部向上射流悬浮床内气固两相流动进行了数值模拟，得到了不同入口气速下各截面的颗粒相速度场和脉动速度场的分布，计算结果与实验定性一致。计算结果与实验值对比的结果表明，数值模拟对进一步的研究有指导意义。     

流化床气化炉气固两相流三维数值模拟

为了研究流化床内气固两相的流动特性,阐述了应用CFD软件Fluent进行流化床内气固两相流数值模拟的计算模型及数值方法,数值模拟选用双流体模型结合颗粒动力学进行流化床内三维的气固两相流模拟,并对数值模拟结果进行了分析.模拟结果表明,该计算模型能够研究流化床初始流化过程,分析某一瞬时颗粒轴向、径向固含率及速度场分布,研究单个气泡周围颗粒速度矢量.     

环栅喷淋泡沫塔欧拉–离散相模型三相除尘模拟

采用欧拉(Euler)多相流模型与离散相模型(discretephase model,DPM)对脱硫除尘实验装置内部的气液固三相流流动进行三维湍流数值分析。在Euler坐标系中采用双流体模型来表述气液两相的相互耦合,同时在拉格朗日坐标系中考察颗粒的运动,把烟尘颗粒对气液两相的影响耦合于双流体模型中。通过对流场数值模拟计算结果的实验验证,得出此数学模型的可行性;分析脱硫除尘塔内部流场流动,得出气液固三相流特征,为脱硫模拟及结构优化设计提供依据;得出脱硫除尘塔除尘效率与颗粒粒径、进气风速、喷淋液气比等参数的相互关系;得出脱硫除尘塔进出口压差与烟气流量、液气比、烟尘浓度等参数的相互关系。     

棕榈油脂肪酸酯绝缘油变压器的特性分析

对比分析了棕榈油脂肪酸酯绝缘油、矿物绝缘油、植物绝缘油的基本参数及其绝缘模型试样的局部放电起始电压,采用有限元分析软件分析了3种绝缘油中变压器绕组的温升特性。结果表明:棕榈油脂肪酸酯绝缘油的理化、电气特性均可满足较高电压等级电力变压器的要求,而且其运动黏度低,介电常数高,可以实现变压器的小型化设计;棕榈油脂肪酸酯绝缘油中绝缘模型试样的局部放电起始电压高于矿物绝缘油中绝缘模型试样;应用棕榈油脂肪酸酯绝缘油的变压器温升特性优于传统矿物油变压器。     

k-ε-Ap两相湍流模型用于模拟悬浮床两相流动

从气固流动的k-ε-Ap模型出发,对底部向上射流悬浮床内气固两相流动进行了数值模拟,得到了不同入口气速下各截面的颗粒相速度场和脉动速度场的分布,计算结果与实验定性一致.计算结果与实验值对比的结果表明,数值模拟对进一步的研究有指导意义.     

基于场路结合的大功率直线超声波电机压电-热-结构多物理场分析

物理场分析对于大功率直线超声波电机的设计与优化至关重要,该文提出一种基于场路结合的超声波电机压电-热-结构多物理场解耦分析方法,解决了超声波电机传统多物理场分析方法无法兼顾分析效率与计算精度的问题。基于场的观点建立压电-结构耦合以及热-结构耦合有限元模型,基于路的观点构建定子电-振-热耦合损耗计算模型及其二维热网络模型,在此基础上通过超声波电机内部固有的电-振-热耦合效应实现压电-热-结构多物理场耦合分析,并实现了对多场耦合作用下电机作动性能、电气特性、温升特性以及关键部件机械强度的快速同步评估。利用该方法对一台V型定子大功率直线超声波电机进行理论建模与分析,仿真和实验结果表明,所提出的方法可为大功率直线超声波电机的多物理场分析及多场耦合优化设计提供理论参考。     

直流均匀电场下流动变压器油中金属微粒运动行为研究

含金属微粒污染物变压器油的局部放电(partial discharge,PD)特性取决于微粒的运动行为。为了研究流动变压器油中金属微粒运动特性,在深入分析微粒受力的基础上,构建了基于层流状态的固–液两相流模型,仿真了直流均匀电场中不同油流速度下微粒的运动轨迹。为验证模型的正确性,搭建了金属微粒运动观测平台,获得了不同流速下平行板电极之间微粒的真实运动轨迹。实验结果与仿真结果相一致,二者均表明微粒在水平方向随着油流运动的同时,在竖直方向上下往复运动并与电极发生碰撞。此外,随着油流速率增加,微粒沉降过程所需的水平移动距离变长,相邻2次碰撞间的水平移动距离增加,导致了微粒与电极之间总的碰撞次数将减少。这解释了PD次数随油流速度减少的原因。     

大型变压器中油流带电特性的研究

在了解和掌握国内外有关油流带电研究现状的基础上,研制出圆筒式油流带电模型,用于模拟大型变压器中的油流带电过程。用该装置对油流带电的转速特性,温度特性,油流带电的表征参数——泄漏电流与油的电气性能参数之间的关系进行了研究。     

变压器油流带电数学模型的研究及其应用：第二部分 数学模 …

针对变压器绝缘油道的结构特点,本文提取出均匀扁矩形截面的模型油道,进而利用作者提出的变压器油流带电数学模型和本文给出的计算方法研究了这种模型油道中油流带电的流速特性、外电场特性、温度特性和电导率特性,还分析了该系统中因油流带电引起的电场的分布规律。用文献［５］给出的实验油道作为验证模型,对比结果表明,计算值与文献中的实验值基本吻合。