ప్రదేశ-యొక్క ట్రాన్స్‌ఫอร్మర్ల కోసం థర్మల్ మ్యానేజ్‌మెంట్ డిజైన్

వాస్తవ పరిచలనంలో, ప్యాడ్-మౌంటెడ్ ట్రాన్స్‌ఫార్మర్లు ఈ విధమైన ఉష్ణతా సంబంధిత సమస్యలను ఎదుర్కొంటాయి:

• అధిక ఉష్ణతా/అధిక లోడ్ ట్రిప్స్: ప్రాంగణంలో పునరావృతంగా ఉన్న అధిక ఉష్ణతా, అధిక లోడ్ పరిస్థితుల కారణంగా ట్రిప్స్ కు బాధ్యం.

• ఫాన్ మరియు థర్మోస్టాట్ ప్రశ్నలు: దీర్ఘకాలంగా ఫాన్ ఉపయోగం కారణంగా మాలఫంక్షన్లు, థర్మోస్టాట్లను నశిపరుస్తుంది, హాట్-ఏయర్ డిస్చార్జ్ ను బాధిస్తుంది, పరిచలనాన్ని ప్రభావితం చేస్తుంది.

• ప్రమాదవంతమైన ఫాన్ ప్రస్థానం: ఫాన్లను క్యాబినెట్ తోప్పున ఉంచడం కారణంగా పవర్-ఓఫ్ మెయింటనన్స్/రిప్లేస్‌మెంట్ అవసరం వస్తుంది; ఈ రూపం ఉష్ణతను ప్రతిహరిస్తుంది, అందరికీ తీవ్ర ఉష్ణతను పెంచుతుంది.

ఉష్ణత విసర్జనాన్ని గుర్తించడానికి, ఈ పేపర్ 3D ట్రాన్స్‌ఫార్మర్ మోడల్‌ని నిర్మించడానికి లానిట్ ఎలిమెంట్ విశ్లేషణను ఉపయోగిస్తుంది. ఉష్ణత క్షేత్రాల విభాజనాలను ముఖ్యంగా గుర్తించడం ద్వారా, ఇది ఉష్ణత విసర్జన వ్యవస్థ డిజైన్‌ను మరింత మెరుగుపరుస్తుంది.

1. ఉష్ణత క్షేత్రాల ప్రాథమిక విషయాలు

ఉష్ణత క్షేత్రం స్పేషియల్-టైమ్ ఉష్ణత మార్పులను వివరిస్తుంది, ఉష్ణత జనరేషన్, ట్రాన్స్ఫర్, మరియు విభజన అన్ని సమన్వయంగా ఉన్నాయి. ప్యాడ్-మౌంటెడ్ ట్రాన్స్‌ఫార్మర్లకు, ఉష్ణత కోర్లు, వైండింగ్లు మొదలైన వాటిలో ఉంటుంది. పరిచలన పరిస్థితులు/పరిమితులు ఉష్ణత మోడల్‌ను మార్చుతాయి, మల్టీ-మీడియా ప్రతిక్రియలు (కోర్లు, వైండింగ్లు, ఇన్స్యులేషన్) అసమాన ఉష్ణత విభజనను రచిస్తాయి.

ఉష్ణత కండక్షన్ ద్వారా (ప్రధానం, వైండింగ్లు/కోర్ల నుండి ఆమ్బియంట్ ఎయర్ వరకు ఉష్ణతను ప్రవహిస్తుంది) మరియు కన్వెక్షన్ ద్వారా విసర్జిస్తుంది. కండక్షన్ తీవ్రత ఉష్ణత గ్రేడియంట్‌తో సంబంధం కలిగి ఉంటుంది - ఉష్ణ కాంపోనెంట్ల నుండి తప్పు రెసిన్ వరకు, ఆమ్బియంట్ ఎయర్ వరకు ఉష్ణత ప్రవహిస్తుంది. హీట్ ఫ్లక్స్ కాల్కులేషన్‌లు కింది విధంగా ఉన్నాయి:

సూత్రంలో: q హీట్ ఫ్లక్స్ సంఖ్యాత్మకంను సూచిస్తుంది; λ హీట్ కండక్షివిటీని సూచిస్తుంది; ∂t/∂x ఉష్ణత గ్రేడియంట్‌ను, దూరంతో ఉష్ణత మార్పు నిష్పత్తిని సూచిస్తుంది; n హీట్ కన్వర్షన్ కోఫిషెంట్. వివిధ స్థానాలలో ఉష్ణత వ్యత్యాసం ఉన్నప్పుడు, ఉష్ణత ముఖ్యంగా సమతుల్యతను చేరుస్తుంది, ఈ ఉష్ణత సమతుల్యత హీట్ కన్వెక్షన్ అని పిలుస్తారు. ప్యాడ్-మౌంటెడ్ ట్రాన్స్‌ఫార్మర్ పరిచలనంలో, వివిధ భాగాల నుండి ఉత్పన్నం అవుతున్న ఉష్ణత ఎయర్ తో సంప్రదించి, వాటి మధ్య ఉష్ణతను మార్చుతుంది. ఈ ప్రక్రియలో, ఉష్ణత కన్వెక్షన్ ద్వారా విసర్జించబడుతుంది, ఇది కింది సూత్రంలో వ్యక్తంగా ఉంటుంది:

సూత్రంలో, h హీట్ కన్వెక్షన్ కోఫిషెంట్, t_f ఫ్లూయిడ్ ఉష్ణతను, t_w వస్తువు ఉపరితల ఉష్ణతను సూచిస్తుంది. ఒక వస్తువు ఉష్ణత ప్రమాణం కంటే ఎక్కువ ఉంటే, రేడియాంట్ హీట్ ఉత్పన్నమవుతుంది, సాధారణంగా థర్మల్ రేడియేషన్ అని పిలుస్తారు. ఇతర కారకాలు మారకుండా ఉన్నప్పుడు, వస్తువుల మధ్య ఉత్పన్న రేడియేషన్ ఉష్ణత పెరిగినప్పుడు (ఉష్ణత ప్రమాణం కంటే ఎక్కువ ఉంటుంది). ప్యాడ్-మౌంటెడ్ ట్రాన్స్‌ఫార్మర్ పరిచలనంలో, యంత్రం స్వయంగా థర్మల్ రేడియేషన్ తో సంప్రదించదు; ట్రాన్స్‌ఫార్మర్ ఉష్ణత స్థిరం అయినప్పుడు, ఇది థర్మల్ రేడియేషన్ ద్వారా ఉష్ణతను విసర్జించుతుంది, ఈ ప్రక్రియను కింది సూత్రం విస్తరించి చూపిస్తుంది:

సూత్రంలో, S రేడియేషన్ ఉపరితల వైశాల్యాన్ని సూచిస్తుంది, T వస్తువు థర్మోడైనామిక్ ఉష్ణతను, σ రేడియేషన్ స్థిరాంకాన్ని సూచిస్తుంది. ప్యాడ్-మౌంటెడ్ ట్రాన్స్‌ఫార్మర్‌ల ఉష్ణత విసర్జన వ్యవస్థను డిజైన్ చేయడంలో, ముఖ్యంగా లానిట్ ఎలిమెంట్ విశ్లేషణ (FEA) విధానాన్ని ఉపయోగిస్తారు ఉష్ణత సమతుల్య సమీకరణాలను నిర్మించడానికి. కాల్కులేషన్‌ల ద్వారా, వస్తువు యొక్క ప్రతి నోడ్ వద్ద ఉష్ణతను నిర్ధారించవచ్చు. ఇది వాస్తవంలో పొందే చట్టంలో ఉష్ణత పాయింట్లను ముఖ్యంగా ముఖ్యంగా గుర్తించడానికి, మరియు తర్వాత కాల్పులైజ్ విశ్లేషణను చేయడానికి చాలా ఉపయోగపడుతుంది. FEA ద్వారా ఉష్ణత క్షేత్రాన్ని విభజించడం యొక్క ముఖ్య ప్రింసిపల్స్ కింది విధంగా ఉన్నాయి:

• మూడు-పరిమాణ భౌతిక ప్రాంతాన్ని విభజించండి;

• ఎలిమెంట్ లో ఏదైనా నోడ్ వద్ద ఉష్ణత మార్పులను వివరించడానికి ఫంక్షన్లను ఉపయోగించండి;

• ఎలిమెంట్ సమీకరణాలను నిర్మించండి;

• ఎలిమెంట్లను కలిపి, నోడ్ల వద్ద బాహ్య ప్రేరణను ఉపయోగించండి;

• ఉష్ణత క్షేత్ర అవగాహనలను పరిగణించి సమీకరణాలను పరిష్కరించండి;

• ప్రతి నోడ్ వద్ద ఉష్ణత పెరిగినది నిర్ధారించండి;

• ఉష్ణత క్షేత్ర సమీకరణాల ఆధారంగా ఎలిమెంట్ ఉష్ణత పెరిగినది నిర్ధారించండి.

2 ప్యాడ్-మౌంటెడ్ ట్రాన్స్‌ఫార్మర్ల మోడలింగ్ మరియు ఉష్ణత క్షేత్ర సిమ్యులేషన్
2.1 లానిట్ ఎలిమెంట్ మోడలింగ్

ఈ పేపర్‌లో ఎంచుకున్న ప్యాడ్-మౌంటెడ్ ట్రాన్స్‌ఫార్మర్ యొక్క సంబంధిత పారములు టేబుల్ 1 లో తారుమారైనవి. ఈ పారముల ఆధారంగా లానిట్ ఎలిమెంట్ మోడల్‌ను నిర్మించారు. తర్వాత, ప్రస్తుత మోడల్‌ను ప్రస్తుతం హై-వోల్టేజ్ వైండింగ్, లో-వోల్టేజ్ వైండింగ్, మరియు ప్యాడ్-మౌంటెడ్ ట్రాన్స్‌ఫార్మర్ యొక్క ఐరన్ కోర్ కోసం సాధారణీకరించారు.

మోడల్ నిర్మాణంలో, హై-వోల్టేజ్ వైండింగ్ ఆవర్టుర్ టర్మినల్స్ యొక్క వెల్డ్ కనెక్షన్‌లు స్థిరంగా ఉన్నందున, వాటిని ఆరంభిక డిజైన్ పద్ధతిలో పరిగణలేదు. సాధారణీకరణ కోసం, ఐరన్ కోర్ను ఒక వ్యక్త బోడీగా మోడల్ చేశారు, మధ్య మధ్య గ్యాప్స్ లను ఎందుకున్నారు (ఈ గ్యాప్స్‌లను బల్క్ సిలికన్ స్టీల్ యొక్క ప్రవర్తనలను ఉపయోగించి పరిగణించబడతాయి). ట్రాన్స్‌ఫార్మర్ యొక్క 3D సిమ్యులేషన్ మోడల్ ఫిగర్ 1 లో చూపించబడింది.

ఉష్ణత విసర్జనంపై నైసార్గిక కన్వెక్షన్ ప్రభావాన్ని విశ్లేషించడానికి, ట్రాన్స్‌ఫార్మర్ చుట్టూ వాయు ప్రవాహ పాట్ని వాస్తవంగా మోడల్ చేయడానికి బాహ్య వాయు ప్రాంతాన్ని (పరిమాణాలు 5000mm×5000mm×3000mm) సిమ్యులేషన్ పరిసరానికి చేర్చారు.