基于多尺度多物理场的油浸式变压器流动-传热数值研究
发布时间：2021-11-11 17:41
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...
【文章来源】：电工技术学报. 2020,35(16)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
基于多物理场的传热-流动分析模拟方法Fig.1Heattransfer-flowsimulationbasedon
3438电工技术学报2020年8月在图1中以铁心绕组运行中产生的涡流损耗、绕组运行中产生的功率损耗为初始热源，其中，绕组涡流损耗较小且不超过整体涡流损耗的2%，通过变压器内部固体与液体热量交换，以及温度场与流场相互影响，进行涡流-温度-流体多物理场传热-流动分析。基于宏观-介观多尺度的传热-流动模拟方法如图2所示。本文通过图2对宏观-介观多尺度变化定义为：在流-固交界面以开尔文（K）作为单位尺度以第一类边界条件的传热学定律计算传热，在变压器固体域与流体域中以基于分子动理论的格子玻耳兹曼方法中格子分布函数（无量纲数）作为单位尺度计算传热。计算过程将温度在宏观-介观不同单位尺度的传递进行结合。图2基于宏观-介观多尺度的传热-流动模拟方法Fig.2Heattransfer-flowaimulationmethodbasedonmacroscopic-mesoscopicmulti-scale1.2基于有限差分法的涡流场分析有限差分法（FiniteDifferenceMethod,FDM）是一种求解偏微分方程和方程组数值解的方法，它的基本思想是将微分方程的求解域用有限数量的差分网格进行划分，取连续的求解域，用差商替代微分来求解理论方程，通过迭代计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变压器电磁场中的麦克斯韦方程组，并得到涡流损耗。11d()()diiiiiiyfxxfxxxxx≈（1）式中，y为磁场强度；x为网格位置；x为网格尺度大小；i为网格个数。1.3基于流-固耦合的格子玻耳兹曼方法分析格子玻耳兹曼方法（LatticeBoltzmannMethod,LBM）是一种介观尺度上以分子动理论为基础，采用分子分布函
3438电工技术学报2020年8月在图1中以铁心绕组运行中产生的涡流损耗、绕组运行中产生的功率损耗为初始热源，其中，绕组涡流损耗较小且不超过整体涡流损耗的2%，通过变压器内部固体与液体热量交换，以及温度场与流场相互影响，进行涡流-温度-流体多物理场传热-流动分析。基于宏观-介观多尺度的传热-流动模拟方法如图2所示。本文通过图2对宏观-介观多尺度变化定义为：在流-固交界面以开尔文（K）作为单位尺度以第一类边界条件的传热学定律计算传热，在变压器固体域与流体域中以基于分子动理论的格子玻耳兹曼方法中格子分布函数（无量纲数）作为单位尺度计算传热。计算过程将温度在宏观-介观不同单位尺度的传递进行结合。图2基于宏观-介观多尺度的传热-流动模拟方法Fig.2Heattransfer-flowaimulationmethodbasedonmacroscopic-mesoscopicmulti-scale1.2基于有限差分法的涡流场分析有限差分法（FiniteDifferenceMethod,FDM）是一种求解偏微分方程和方程组数值解的方法，它的基本思想是将微分方程的求解域用有限数量的差分网格进行划分，取连续的求解域，用差商替代微分来求解理论方程，通过迭代计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变压器电磁场中的麦克斯韦方程组，并得到涡流损耗。11d()()diiiiiiyfxxfxxxxx≈（1）式中，y为磁场强度；x为网格位置；x为网格尺度大小；i为网格个数。1.3基于流-固耦合的格子玻耳兹曼方法分析格子玻耳兹曼方法（LatticeBoltzmannMethod,LBM）是一种介观尺度上以分子动理论为基础，采用分子分布函
【参考文献】：
期刊论文
[1]MRT-LBM三重网格局部加密算法研究[J]. 曲延鹏,张坤,陈颂英. 北京理工大学学报. 2018(05)
[2]基于粒子群优化-支持向量回归的变压器绕组温度软测量模型[J]. 彭道刚,陈跃伟,钱玉良,黄超. 电工技术学报. 2018(08)
[3]湿式除尘器内部湍流场与粒子轨迹的数值分析[J]. 宁致远,沈欣军,李树然,闫克平. 浙江大学学报(工学版). 2017(02)
[4]基于有限元法的变压器电磁振动噪声分析[J]. 胡静竹,刘涤尘,廖清芬,晏阳,梁姗姗. 电工技术学报. 2016(15)
[5]基于COMSOL的变压器中超声波传播特性[J]. 齐伟强,李俭,陈柏超,袁佳歆,钟永恒. 电工技术学报. 2015(S2)
[6]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[J]. 麻守孝,唐炬,张明君,刘知远,李兴兴. 高电压技术. 2015(11)
[7]采用有限差分求解高压直流输电线路空间离子流场的新方法[J]. 乔骥,邹军,袁建生,李本良. 电工技术学报. 2015(06)
[8]多重网格格子Boltzmann方法的并行算法[J]. 刘智翔,宋安平,徐磊,郑汉垣,张武. 计算机应用. 2014(11)
[9]基于LBM流固耦合算法的桥梁颤振稳定性分析[J]. 刘克同,汤爱平,MIONKI Patrick Kirema. 四川大学学报(工程科学版). 2014(05)
[10]格子Boltzmann方法的工程热物理应用[J]. 何雅玲,李庆,王勇,唐桂华. 科学通报. 2009(18)
博士论文
[1]绝缘油中金属颗粒在流动状态下产生的局部放电特性及影响因素研究[D]. 麻守孝.重庆大学 2016
[2]油浸式变压器绕组热点温度计算模型及预测方法研究[D]. 苏小平.重庆大学 2012
硕士论文
[1]大型电力变压器附加损耗与温度场分析[D]. 唐宇.哈尔滨理工大学 2017
[2]非晶合金变压器铁心碎片引起绝缘故障机理的研究[D]. 常怡东.武汉大学 2017
本文编号：3489249
【文章来源】：电工技术学报. 2020,35(16)北大核心EICSCD
【文章页数】：9 页
【部分图文】：
基于多物理场的传热-流动分析模拟方法Fig.1Heattransfer-flowsimulationbasedon
3438电工技术学报2020年8月在图1中以铁心绕组运行中产生的涡流损耗、绕组运行中产生的功率损耗为初始热源，其中，绕组涡流损耗较小且不超过整体涡流损耗的2%，通过变压器内部固体与液体热量交换，以及温度场与流场相互影响，进行涡流-温度-流体多物理场传热-流动分析。基于宏观-介观多尺度的传热-流动模拟方法如图2所示。本文通过图2对宏观-介观多尺度变化定义为：在流-固交界面以开尔文（K）作为单位尺度以第一类边界条件的传热学定律计算传热，在变压器固体域与流体域中以基于分子动理论的格子玻耳兹曼方法中格子分布函数（无量纲数）作为单位尺度计算传热。计算过程将温度在宏观-介观不同单位尺度的传递进行结合。图2基于宏观-介观多尺度的传热-流动模拟方法Fig.2Heattransfer-flowaimulationmethodbasedonmacroscopic-mesoscopicmulti-scale1.2基于有限差分法的涡流场分析有限差分法（FiniteDifferenceMethod,FDM）是一种求解偏微分方程和方程组数值解的方法，它的基本思想是将微分方程的求解域用有限数量的差分网格进行划分，取连续的求解域，用差商替代微分来求解理论方程，通过迭代计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变压器电磁场中的麦克斯韦方程组，并得到涡流损耗。11d()()diiiiiiyfxxfxxxxx≈（1）式中，y为磁场强度；x为网格位置；x为网格尺度大小；i为网格个数。1.3基于流-固耦合的格子玻耳兹曼方法分析格子玻耳兹曼方法（LatticeBoltzmannMethod,LBM）是一种介观尺度上以分子动理论为基础，采用分子分布函
3438电工技术学报2020年8月在图1中以铁心绕组运行中产生的涡流损耗、绕组运行中产生的功率损耗为初始热源，其中，绕组涡流损耗较小且不超过整体涡流损耗的2%，通过变压器内部固体与液体热量交换，以及温度场与流场相互影响，进行涡流-温度-流体多物理场传热-流动分析。基于宏观-介观多尺度的传热-流动模拟方法如图2所示。本文通过图2对宏观-介观多尺度变化定义为：在流-固交界面以开尔文（K）作为单位尺度以第一类边界条件的传热学定律计算传热，在变压器固体域与流体域中以基于分子动理论的格子玻耳兹曼方法中格子分布函数（无量纲数）作为单位尺度计算传热。计算过程将温度在宏观-介观不同单位尺度的传递进行结合。图2基于宏观-介观多尺度的传热-流动模拟方法Fig.2Heattransfer-flowaimulationmethodbasedonmacroscopic-mesoscopicmulti-scale1.2基于有限差分法的涡流场分析有限差分法（FiniteDifferenceMethod,FDM）是一种求解偏微分方程和方程组数值解的方法，它的基本思想是将微分方程的求解域用有限数量的差分网格进行划分，取连续的求解域，用差商替代微分来求解理论方程，通过迭代计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变压器电磁场中的麦克斯韦方程组，并得到涡流损耗。11d()()diiiiiiyfxxfxxxxx≈（1）式中，y为磁场强度；x为网格位置；x为网格尺度大小；i为网格个数。1.3基于流-固耦合的格子玻耳兹曼方法分析格子玻耳兹曼方法（LatticeBoltzmannMethod,LBM）是一种介观尺度上以分子动理论为基础，采用分子分布函
【参考文献】：
期刊论文
[1]MRT-LBM三重网格局部加密算法研究[J]. 曲延鹏,张坤,陈颂英. 北京理工大学学报. 2018(05)
[2]基于粒子群优化-支持向量回归的变压器绕组温度软测量模型[J]. 彭道刚,陈跃伟,钱玉良,黄超. 电工技术学报. 2018(08)
[3]湿式除尘器内部湍流场与粒子轨迹的数值分析[J]. 宁致远,沈欣军,李树然,闫克平. 浙江大学学报(工学版). 2017(02)
[4]基于有限元法的变压器电磁振动噪声分析[J]. 胡静竹,刘涤尘,廖清芬,晏阳,梁姗姗. 电工技术学报. 2016(15)
[5]基于COMSOL的变压器中超声波传播特性[J]. 齐伟强,李俭,陈柏超,袁佳歆,钟永恒. 电工技术学报. 2015(S2)
[6]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[J]. 麻守孝,唐炬,张明君,刘知远,李兴兴. 高电压技术. 2015(11)
[7]采用有限差分求解高压直流输电线路空间离子流场的新方法[J]. 乔骥,邹军,袁建生,李本良. 电工技术学报. 2015(06)
[8]多重网格格子Boltzmann方法的并行算法[J]. 刘智翔,宋安平,徐磊,郑汉垣,张武. 计算机应用. 2014(11)
[9]基于LBM流固耦合算法的桥梁颤振稳定性分析[J]. 刘克同,汤爱平,MIONKI Patrick Kirema. 四川大学学报(工程科学版). 2014(05)
[10]格子Boltzmann方法的工程热物理应用[J]. 何雅玲,李庆,王勇,唐桂华. 科学通报. 2009(18)
博士论文
[1]绝缘油中金属颗粒在流动状态下产生的局部放电特性及影响因素研究[D]. 麻守孝.重庆大学 2016
[2]油浸式变压器绕组热点温度计算模型及预测方法研究[D]. 苏小平.重庆大学 2012
硕士论文
[1]大型电力变压器附加损耗与温度场分析[D]. 唐宇.哈尔滨理工大学 2017
[2]非晶合金变压器铁心碎片引起绝缘故障机理的研究[D]. 常怡东.武汉大学 2017
本文编号：3489249
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