求助：电力变压器的温度场分析

shandongdlei

各位大虾，本人是电气工程专业的，想要分析变压器内部绕组的温度场。但是在建立模型中，有两个困难。
第一，由于变压器的热量最终是通过变压器箱体和冷却装置散发到空气中。为了模拟实际情况，我是否需要建立一个空气包，将变压器围起来，从而模拟热量散失到空气中。可是我不知道怎样建立，或是建立了空气包，不知道该将空气包边界设置为什么类型。以下是我未设置空气包的Gambit图形，和得到的温度场。我假设变压器为对称结构。
第二，由于变压器外部存在散热片，其结构都是矩形，但是由于很多组，若将其一一画出来在进行分析，势必过于复杂，请问各位有无方法，对其进行处理。

希望大家帮帮忙，小弟谢过。

[ 本帖最后由 shandongdlei 于 2011-5-12 16:29 编辑 ]

飞翔鸟

你这个属于电子器件散热问题，可能用flotherm之类的热管理软件计算更准确，因为它们有大量的边界模型。
用fluent理论上也可以，一种就是你现在这样做，给出周围流体的温度和换热系数（这个不需要把空气包含在你的计算区域中），但是这显然很粗放，周围流体的温度和换热系数是不均匀的。另外一种就是你所说的把周围的空气包含在你的计算区域中，那么计算区域应该取得足够大，边界条件用pressure outlet就可以了。
至于你的翅片问题，那就看你自己了，如果计算资源比较好，全部算上又何妨。

shandongdlei

您好！十分感谢您对我问题的解答。
由于我没有说清楚，这是电力系统使用的电力变压器，不是小型的电子器件，不知道能否使用flotherm解决。目前主要尝试使用Fluent。
就像您提出的如果给定周围流体的温度和换热系数，确实很粗放。由于周围流体的温度和换热情况与变压器本身的损耗（即热源）有很大关系，所以我想尝试建立周围空气包。同时，弱弱的问一下，一个区域中是否在有出口的同时也应有入口。
另外，我想问您一下，边界条件中压力远场条件（边界）怎样使用，是否适合于该空气包的边界。

xrs333

有强制对流吗？还是只考虑自然对流？

shandongdlei

变压器内部与冷却装置之间为冷却介质（变压器油）的自然对流。

uesoft

我看到一些发电厂变电站每个变压器外部好像有3个风扇在吹。

shandongdlei

变压器根据容量的不同选择不同的散热方式，包括自冷或是强油冷却。目前我主要分析自冷变压器绕组的温升问题。
十分感谢您对问题的关注，小弟在此谢过。

飞翔鸟

流固耦合换热分析，考虑外边的空气，中间的油，一共是两种流体加上不同的固体。从计算角度讲不算难，但是准确性如何就不好说了。外围空气区域取大一点，网格可以用渐变的，变压器周围比较密，外围稀疏。空气边界用pressure out就可以，不需要用farfield边界。

shandongdlei

好的。我尝试一下。
其实其中，还有一个问题，我怀疑利用二维计算本身就是不行的，目前只是为了简单计算，所以采用的二维计算方法。
电力变压器的整体结构也并不复杂，就是一个长方体的油箱内部放置三个绕组，在结构上并不满足利用二维分析的条件。请问大虾们我这样想是否正确？
大部分的迷惑已经解开了，十分感谢各位师长。

shandongdlei

弱弱的问您一下，在Fluent的边界条件中，有一个是散热器条件是什么意思？

飞翔鸟

二维的可能计算出来也没有多大的意义，特别是你这个有内流场。
散热器边界？你是说那个换热器模型吗？那个是通过输入一些集总参数来模拟一个换热器的，比如管壳式换热器等。

shandongdlei

我今天我分别用二维的带空气包和不带空气包的模型算了一下，结果都不理想。
不带空气包的模型，变压器油箱壁我设定为wall，固定温度293K。
带空气包的模型，空气包边界设定为Pressure outlet，回流温度293K。结果分别附上

shandongdlei

这个是有空气边界的。

飞翔鸟

都有问题。
第一个，既然放在大气中，你设定的不应该是定壁温，而是环境空气的特征温度和换热系数；
第二个变觉得空气扩展区域太小，空气区域和固体区域的换热并没有耦合起来。

shandongdlei

您好，楼上的大虾。您说的问题确实是存在。
第一个模型中，油箱壁wall的条件设置确实很关键。我处理为恒温，也是无奈之举。由于其他几种方式，感觉也不很合适。比如：heat flux，具体的数值是无法确定的，由于油箱各处的热通量并不相同（不过我可尝试用热量除表面积得到）；convection，热交换系数确定不了；radiation，考虑的是外部介质对变压器的辐射。所以选择了，恒温。这样理解不知道是否有偏差，请大虾指点迷津。
第二个模型，空气区域的大小，确实不行。关于空气区域和固体区域的换热耦合的问题，应该也是油箱wall边界条件的设置问题。
对于油箱壁wall，我是这样处理的，只是用一条线来代替，油箱壁。然后再wall面板设置中，使用了wall thickness，根据实际设定为10mm。不知道正确否？

[ 本帖最后由 shandongdlei 于 2011-5-15 21:39 编辑 ]