Soojusjuhtimise disain padidega变压器的垫装设计 看起来在翻译过程中出现了错误，让我重新准确地翻译给定的内容到爱沙尼亚语： Padidega transformatortoendite soojusjuhtimise disain
Tegelikult kasutuses seisavad pad-muundid silmitsed soojusse seonduvate probleemidega:
Soojuslevi optimeerimiseks kasutab see artikkel lõplike elementide analüüsi, et luua 3D muundite mudel. Temperatuuriväljade kaardistamise kaudu tuvastatakse ülekuumenud alad ja täpsustatakse jahutussüsteemi disain.
1. Temperatuuriväljade põhitõed
Temperatuuriväli kirjeldab ruum-aja temperatuurimuutusi, millel on tihedalt seotud soojuse tekkimine, edasiandmine ja levik. Pad-muundite puhul tekib soojus magneetväldistes, vikterites jne. Töötingimused ja kestused muudavad soojuse musterit, mitme keskmise (magneetväli, vikter, isolatsioon) interaktsioonid loovad ebavõrdset temperatuurilevi.
Soojus edastub läbi konduktiivsuse (domineeriv, viib soojuse vikteritest/magneetvälistest isolatsiooniresiinile ja siis välisesse õhusse) ja konveksi. Konduktiivsuse intensiivsus on seotud temperatuurigradientidega — soojus liigub soojematest komponentidest külmema resiinile, siis heitub välja õhuks. Soojusvoogude arvutus järgneb:
Valemis: q tähistab soojusvoogude tähelepanuväärsust; λ tähistab soojusjuhtivust; ∂t/∂x on temperatuurigradient, mis näitab temperatuurimuutust kauguse suhtes; n on soojuse teisendamise kordaja. Kui erinevatel kohtadel on temperatuurierinevused, siis soojus peamiselt tsirkuleerib, et tasakaalustada temperatuuri, ja see tasakaalustatud temperatuuri olek on soojuse konveksioon. Pad-muundi töötamisel kontaktivad erinevate osade poolt toodetud soojused õhuga ja edastuvad nende vahel, mille tulemusena muutub ümbritseva gaasi temperatuur. See protsess saavutatakse soojuse konveksiooni kaudu, mida saab väljendada järgmise valemiga:
Valemis h on konvektiivse soojuse edastamise kordaja, tf tähistab vedeliku temperatuuri ja tw tähistab objekti pinna temperatuuri. Kui objekti temperatuur on kõrgem nullabsoluutsest, genereeritakse soojuse kiirgust, tavaliselt nimetatud soojusekiirguseks. Muutumatute tegurite säilimisel muutub objektide vahel toodetud kiirguse kogus, kui temperatuur tõuseb (temperatuur jäädes pidevalt ülespoole). Pad-muundi töötamisel ei tulene varustus ise otse kokku soojusekiirgusega; kui muundi temperatuur stabiliseerub, saavutab selle soojusekiirguse funktsioon soojuse heitmist soojusekiirguse kaudu, ja see protsess saab väljendada järgmise valemiga:
Valemis S tähistab kiirguse pindala, T on objekti termodünaamiline temperatuur ja σ on kiirguse konstant. Pad-muundite jahutussüsteemi disainimisel kasutatakse peamiselt lõplike elementide analüüsi (FEA) meetodit, et luua soojuse tasakaalu võrrandid. Arvutuste kaudu saab määrata iga objekti solmniku temperatuuri. See on eriti kasulik praktikas raske hankida temperatuuripunktide mõõtmiseks, parimate ülekuumenud alade tuvastamiseks ja siis kombineeriva analüüsi tegemiseks. Temperatuurivälja dekompositsiooni FEA abil põhiline printsiip on järgmine:
Diskreetseerige kolmemõõtmeline füüsiline domeen;
Kasutage funktsioone, et kirjeldada temperatuurimuutusi igas elemendi solmnikus;
Ehitage elemendi võrrandid;
Kompileerige elemendid ja rakendage välised eksitused solmnikutes;
Lahendage võrrandid, arvestades temperatuurivälja piiritingimusi;
Arvutage iga solmniku temperatuuritõus;
Joonistage elemendi temperatuuritõus, tuginedes temperatuurivälja võrranditele.
2 Pad-muundite modelleerimine ja temperatuurivälja simulatsioon
2.1 Lõplike elementide modelleerimine
Tabel 1 loetleb selles artiklis valitud pad-muundi vastavaid parameetreid. Lõplike elementide mudel ehitatakse nendele parameetritele tuginedes. Järgmisena luuakse lihtsustatud mudelid pad-muundi kõrgepinge, madalpinge ja raudkera jaoks.
Mudeli ehitamisel, kuna kõrgepingevikteri väljunditerminaali tahtrid on suhteliselt kindlad, ei arvestata neid algse disainifasega. Lihtsustamiseks modelleeritakse raudkerat monoliitliku struktuurina, ignoreerides plaatide vahele jäävaid vahti (need vahtid arvestatakse massiivi silitsiumterase omadustega, et arvestada materjali juhtivust). Muundi 3D simulatsioonimudel on näha joonis 1.
Luues analüüsi, mis uurib loodusliku konveksiooni mõju soojuse jahutamisele, lisatakse simulaatorisse väline õhupiirkond (mõõtmetega 5000mm×5000mm×3000mm), mis võimaldab realistlikult modelleerida õhuvoolude musterit muundi ümber.
2.2 Pad-muundi korpusi mudel
Vikterid ja raudkera modelleeritakse soojuse allikateks, nende soojuse tekitamise kiirused arvutatakse muundi disainiparameetrite alusel. Õhupiirkond seadistatakse ülaose ja lahte õhukanalitega, säilitades ümbritseva temperatuuri 300K. Simulatsioonidel tuletatakse loodusliku konveksiooni parameetrid sobiva turbulentmudeli valimise kaudu Rayleighi numbril põhinevalt.
Korpusi geomeetria (joonis 2) lihtsustatakse selle kompleksse komposiitstruktuuri tõttu. Katuse perfektseeritud paneelid ignoreeritakse, kogu katuse käsitletakse kui pidev õhupiirkond. Poroused meediumid asetatakse õhukanalite alla nokkude all, et simulida voolusuurendust. Korpusi aluse tugevduslibli ümber olev õhupiirkond käsitletakse ühendatuna. Lisatakse 155 mm kõrge õhukihine korpusi alla, et arvestada põhise mõju soojuse jahutamisele.
Ehitatud mudelis kuuluvad eelnevalt määratud alumised, ülemised ja üla-alumised auad kõik porousesse meediumi, mille paksus on 10 mm (nt roheline-kollane blokk joonis 3), nii simuleeritakse ruudlustatud platina. Alumise auka mõõtmed on 1450 × 1200 mm², üla-alumiste aukade mõõtmed on 550 × 500 mm². Mudelisse on määratud ka kolm aukat ja epoksidiplaat, ja aukade avatuse või sulgemise staatust määratakse tegeliku olukorra järgi. Üldiselt, kui kasutatakse maapinnale paigutatud tüüpi, on ülemine auk, epoksidiplaat ja Auk 1 avatud; kui kasutatakse alumispunane tüüp, on ülemine auk, alumine auk ja Aukud 1/2/3 kõik avatud.
2.3 Temperatuurivälja leviku analüüs
Järgmisena ehitatakse lõplike elementide mudel, võrkudes geomeetrilist mudelit. Tagada loodusliku konveksiooni ja sisemise võrgu mudelite ühtsus, ja täpsustada võrgustik alumiste aukade ja õhutilapide kohal, et parandada arvutuste täpsust. Geomeetrilise mudeli alusel on lõplike elementide mudelil 401 856 solmnikut ja 518 647 võrku. Pad-muundi mudeli olulised seaded:
Lõplike elementide tarkvara abil näitab temperatuuriväljamudel: Vikterites on kõrgeim temperatuur muundis, järgnevad raudkera; naaberlik õhu temperatuur on ka kõrge, kahanedes õhu tõusul, kuni see vastab ümbritsevale temperatuurile läbimisauas. Töö ajal põhjustab soojõhkade laienemine õhu kogunemise ja kokkupõrke ümbritseva ja kanali õhuga (pideva soojenduse ja ruumala suurenemise tõttu). Õhu viskoosus mõjutab kanali voolu ja vooluvälja. Soojõhkade kiirus suureneb lähedal maapinnale ja aeglustub eemale; õhuvoolu-pinna kontakt moodustab soojuse piirikihi, mille paksus vähendab soojuse edastamise kordajaid, suurendades temperatuuri ja õhu viskoositust, samas kui voolukiirus väheneb. Soojõhkad muudavad temperatuuri muundi üleval, temperatuur on proportsionaalne soojusekiirgusega.
3 Pad-muundite soojuse jahutamise disain
3.1 Mudeli analüüs
Pad-muundid on paigutatud korpusi, mis on kõrge ohutuse tasemega. Et tagada sileda õhuvoolu korpusi sees ja andes muundile täielikult mängida soojuse jahutamise rolli, on vaja konfigureerida teljealine ventilator, et heita soojõhkade muundi sees välja. Samas installeeritakse korpusi väljaspool soojusevahetaja, et saavutada soojuse vahetus. Soojuse vahetuse kaudu saab edendada muundi sees õhu pidevat ringlusit.
Pad-muundite töötamisel tekib soojus peamiselt vikterites ja raudkeras. Seetõttu peab disaini keskenduma nende kahe komponendi õhuvoolude olekule ja integreerima vastavaid elemente, et ehitada soojuse jahutamise mudel.
3.2 Mudeli parameetrite määramine
Pad-muundite puhul on sisesõrmese õhu parameetrite ja temperatuuride omaduste vahel suhteliselt väike erinevus. Silitsiumterase valimisel tuleb eelistada selle soojusekestuvust. Samas analüüsitakse kupari draadide ja isolatsiooniresiini numbrilist suhet, et määrata soojuse omaduspäringud.
3.3 Tingimuste määramine
Pad-muundi õhualuse ja -läbimisauga keskmine rõhk on üks atmosfääriline rõhk. Koos soojusevahetaja omadustega võetakse külmõhu temperatuur sissevedamise tingimuseks, et luua lõplike elementide mudel, ja defineeritakse sümmeetrieplokk ja õhuvoolu suund.
3.4 Tulemuste analüüs
Pärast mudeli ehitamist ja piiritingimuste määramist tehakse arvutused. Analüüs näitab, et pad-muundi õhuläbimisaug on kõige soojem punkt, tema temperatuur jõuab 394,5K (vastavalt kuumuspunkti temperatuurile 120,5°C). Raudkera kõige soojem punkt on kaugel õhuläbimisaugast, arvutatud kuumuspunkti temperatuur on 110°C. Lisaks on õhualuse ja -läbimisauga lähedased kohad halvad soojuse jahutamiseks.
3.5 Sisse- ja väljavoolu õhu analüüs
Simuleeritakse õhuvoolu kiiruse muutust: Kui kuum kõrgepingevikter on paigutatud lähedalt õhuläbimisaugasse ja õhuläbimisaug on nurga struktuuriga, siis see mõjutab õhurõhku, muutes korpusi sees oleva õhu ohutuks ja soojuse jahutamiseks ebasobivaks.
Selle alusel optimiseeritakse õhuläbimisauga disaini: Siirdatakse õhuläbimisaug üles umbes 30 cm, säilitades kõrguse muutumatuna, ja samas vähendatakse õhualuse laiust (peamiselt 10 cm), nii et korpusi kogupikkus suureneb 20 cm. Arvutuste kohaselt vähenevad selles plaanis vikteri kuumuspunkti ja keskmine temperatuur oluliselt. Analüüsides õhuvoolu kiiruse levikut, näitab vikteri õhuvool 120° nurga, kui see edastatakse õhuläbimisauga, mis viitab sellele, et õhuvool on sileda.
3.6 Kokkuvõte
Pad-muundid mängivad olulist rolli elektrijaotussüsteemis. Kui töö ajal tekkinud suur hulk soojust ei saa ajakohaselt jahutuda, võib see põhjustada vigu ja ohustada süsteemi stabiilsust. Disainerid peavad sügavalt analüüsima pad-muundite soojuse jahutamise probleeme, siduda need temperatuurivälja muutustega, kasutada teaduslikke meetodeid nagu lõplike elementide meetod, et ehitada soojuse jahutamise mudel, optimiseerida seadme soojuse jahutamise süsteemi ja parandada terviklikku soojuse jahutamise efektiivsust.
