基于电磁-热-流耦合场的多回路排管敷设电缆载流量数值计算

多回路电缆以集群方式敷设时,各回路之间的电磁耦合和热耦合都将加强,对电缆导体线芯和金属外护套的交流电阻及涡流损耗的影响均不可忽略。为准确计算四回路电缆在4×4孔排管敷设方式下的载流量,借助于Comsol和MATLAB软件建立电磁-热-流耦合物理场有限元模型,将电磁场、温度场及排管内空气流速场耦合求解。首先通过求解电磁场计算电磁热损耗,然后作为载荷施加于传热模型进行温度场分布计算。该模型对电缆复杂的邻近效应、趋肤效应进行直接仿真计算,考虑了金属材料电阻率随温度的变化关系,且传热模型中耦合了空气自然对流、热辐射和固体热传导3种导热方式。利用所提模型对6种排列方式下的电磁热损耗和温度场分布进行计算;并利用二分法计算相应的载流量。结果表明,排列方式对电缆间的邻近效应有较为显著的影响,优化排列方式可降低电缆损耗、提升载流量。     

母线设备的电-磁-流-热多物理场耦合分析

利用MpCCI耦合接口软件实现了母线电磁场-流场-温度场的耦合分析.利用Ansys软件对母线进行电磁分析,Fluent软件对母线及周边流场进行分析,二者基于MpCCI耦合平台进行交换数据与协同计算迭代求解.分析了不同工作电流对母线及周边流场电-磁-流-热的各参数影响,考虑了热损耗对流场的作用与对流散热对母线材料的影响.模拟结果表明,磁感应强度、焦耳热损耗、温度、空气流速均会随工作电流增大而增大.该方法分析结果与实际相符且具有良好的收敛性,同时也为电磁设备的多物理场耦合分析提供了新思路.     

油浸纸板分布对±500kV换流变压器饼式绕组温升的影响分析

油浸纸板在变压器中除支撑、绝缘作用外,还为油流散热提供导向通道,其分布位置直接影响换流变压器的温度分布及热点位置。分析了油浸纸板分布位置不同对换流变压器内部温度的影响,以一台±500 kV换流变压器为例,首先基于磁场仿真模型计算得到了铁心和绕组损耗;再以绕组损耗为热源,采用Fluent模拟了换流变压器内部散热的热流耦合过程,得到了流体场和温度场分布;并将软件仿真结果与经验公式结果对比,验证了软件仿真结果的合理性。最后通过改变导向分区、角环对数,探讨理想的纸板放置位置,从而得到更均匀分布的温度场。经分析,合理的导向分区与角环分布可以明显降低热点;并使温度分布更加均匀。分析结果可为变压器设计提供分析和指导;同时进一步讨论换流变压器中理想的油浸纸板位置。     

永磁电机温度场分析基础

采用流体场与温度场耦合的求解方法,建立温度场计算模型,对永磁电机内的流体以及温度分布特性进行研究.首先推导出导热微分方程,然后结合温度场求解过程中边界条件的分类和确定方法,通过对导热微分方程的离散,最终推导出温度场求解总体合成方程.     

基于旋转弱耦合与强耦合计算方法的大型汽轮发电机转子流体场与温度场研究

针对大型空冷汽轮发电机转子旋转状态下,转子内部流体流量和转子线圈温度难以准确测量的问题,对转子内部流体流动规律和温度分布进行了流体场和温度场研究.以一台100MW空冷汽轮发电机为例,建立了三维流体与传热耦合计算模型.基于旋转弱耦合与旋转强耦合两种有限元计算方法,对该发电机的转子进行流体场和温度场计算.弱耦合计算方法主要根据流体流动的伯努利方程与计算流体力学相关方程联合求解,强耦合计算方法主要通过计算旋转流体力学方程求解.研究了转子额定励磁电流,转速3 000r/min时,转子内部通风道流体温度与转子绕组温度的相互关系.并将两种计算方法对同一转子的流体流量和线圈温升结果做了对比分析,最后将两种计算方法所得的转子线圈温度计算结果与试验实测结果对比.结果表明:弱耦合计算方法与实测值误差为4.6%,强耦合计算方法与实测值误差为2.6%,两种计算方法均能满足工程计算的误差要求,旋转强耦合计算方法计算精度高于旋转弱耦合计算方法.     

灯泡贯流式水轮发电机通风冷却的计算研究

本文采用多学科理论和数值计算相结合的方法,从损耗的角度对灯泡贯流式水轮发电机内部流体场和温度场的耦合关系进行研究,建立了灯泡贯流式水轮发电机三维流体场和温度场的数学模型,采用有限元法计算灯泡贯流式水轮发电机的流体场、温度场,以及二者的耦合关系,为灯泡贯流式水轮发电机的通风冷却系统的设计以及结构优化设计提供了理论依据。     

有限元-边界元耦合法在二维电磁场数值计算中的应用及优化措施

在二维电磁场数值分析中,有限元-边界元耦合法将有限元法与边界元法结合,可以同时发挥两种方法的优势．笔者在介绍有限元-边界元耦合法原理与算法的基础上,分别研究子域逼近有限元法、Mortar元法和并行计算与有限元-边界元耦合法结合使用分别为关心区域相对整体区域尺寸较小、求解区域中包含运动导体和大规模高自由度电磁问题的数值计算提供优化途径．     

一种求解动边界问题的有限单元-有限差分法

本文从二维动边界着手,将在动边界上应满足的能量平衡条件——非线性边界条件从数学模型中分离出来,然后用有限元法求解区域上的温度分布,用有限差分法求解大型的非线性方程组,减少了计算工作量,提出了求解动边界问题的有限元-有限差分法。用本文提出的方法分别给出了一维和二维动边界问题的数值结果,并与分析解或其它研究者的结果进行比较,验证了本文方法的可靠性和有效性。     

电动车用轮毂电机场路耦合分析

针对电路模拟法和电磁解析法难以准确计及铁磁材料磁导率非线性的影响,以及磁场有限元法难以分析外电路为非标准正弦激励等问题,采用场路耦合法分析电动车用轮毂电机特性,将电磁场有限元方程与外电路方程联立求解,充分考虑外电路中时间谐波电流等非线性因素对磁场的影响,实现电磁场量和电气量的直接耦合。推导轮毂电机电磁场与外电路耦合离散方程、机械运动方程以及功率损耗方程,计算其负载感应电动势和功率损耗,对比分析磁场有限元法和场路耦合法计算结果的差异,并研究轮毂电机功率损耗密度的分布规律。分别采用磁场有限元法和场路耦合法计算在不同工况运行时电机的效率特性,通过样机实验对比分析,结果表明:场路耦合法计算结果更准确,证明所用分析方法的正确性。     

高速船垂向振动计算的流固耦合分析

寻求一种既能提高高阶计算精度,又计算简便能满足工程要求的实用计算模型,以提高振动预报的精度,这对于高速船的设计计算是迫切需要的,建立了二维模型杆-膜和梁-膜模型,船体结构部分采用二维有限元法计算,流体部分采用考虑线性自由表面条件和采用高频极限近似两种二维边界元法计算,应用改进的行列式搜索法以及交叉迭代法求解特征值及对应的特征向量,解决流固耦合问题.通过采用不同的附加质量计算方法以及不同的模型(杆-膜或梁-膜模型)分别进行计算,并对结果进行了比较分析.实船计算表明,编制的程序计算结果可靠,具有较强的工程实用价值.     

直流制式下机车变压器磁场分析及绕组电感计算

针对1台具有4个高压4个牵引绕组结构的机车变压器,用ANSYS软件分析了直流制式下机车变压器的磁场,并在此基础上计算了4个低压绕组的电感矩阵,讨论了4个低压侧绕组不同的连接方式对铁心磁场分布及绕组电感的影响.在比较计算结果及结合实际要求的基础上,推荐了一种较为理想的直流制式下变压器用做滤波器的绕组连接方式.     

基于ANSYS的电力变压器漏电感的计算

应用有限元法讨论了电力变压器中漏磁场的类型和作用,把有限元分析法引入到变压器漏感计算当中.在此基础上对电力变压器建立仿真模型,应用大型有限元分析软件ANSYS对电力变压器的漏感进行分析、计算,并将仿真结果与用传统方法计算出的漏感相比较,其结果基本吻合,验证了所建模型的正确性和有效性.     

自旋对受强激光辐照壳体的防护作用

为了研究自旋对受强激光辐照壳体的防护作用,在研究激光与材料相互作用的基础上,采用ANSYS有限单元方对旋转状态壳体受激光辐照作用进行分析。同时分析了旋转频率对受激光辐照作用下壳体温度场和应力场的影响,经分析计算得到壳体的温度场和应力场。结果表明,激光作用下旋转壳体的温升和应力增长远低于静止状态,旋转对于受激光辐照的壳体有防护作用。     

坝下游面钢衬钢筋混凝土管非线性有限元分析

采用解析法对某水电站坝下游面钢衬钢筋混凝土压力管道进行初步设计,确定了钢衬厚度和钢筋配置,对其进行整体三维非线性有限元分析,着重研究了在设计荷载作用下,钢衬和钢筋的应力状态以及管周混凝土的开裂特征．采用将非线性有限元分析与规范解析法相结合的方法,先根据非线性有限元计算的结果,分析得到钢衬钢筋混凝土管的钢筋应力,再将其代入规范解析公式,计算出结构的裂缝宽度,并最终提出了满足结构限裂要求的配筋方案．     

基于FLUX3D的三相三芯柱变压器油箱和夹件涡流损耗

电力变压器的涡流损耗计算,对于提高变压器的稳定性、安全性和高效性具有重要意义.首先,从三相三芯柱变压器铁芯拓扑结构出发,基于统一磁路(unified magnetic equivalent circuit,UMEC)推导了考虑绕组耦合的三相三芯柱变压器电磁模型.然后,将电磁模型与涡流损耗经验公式联立,计算出电力变压器油箱和夹件的涡流损耗值.最后,借助有限元仿真软件FLUX3D,为变压器建立一个有限元模型,建模过程中考虑了油箱和夹件的涡流损耗.将所得涡流损耗结果与FLUX3D软件建模分析的结果进行对比,证明了涡流损耗研究方法和FLUX3D软件的有效性.基于该软件的建模与涡流损耗计算方法的探究对电力变压器的研发、生产和应用具有一定的前瞻性.     

基于三角形网格的无量纲最小二乘有限元法及其应用

利用最小二乘有限元法计算二维流体场需要采用四边形网格，而仅采用四边形单元剖分含有角环、圆角和尖角等复杂结构的电力装备二维仿真模型时往往出现网格畸变。为此，本文提出了一种基于三角形网格实现最小二乘有限元的方法，即在三角形剖分网格上再处理得到四边形网格，从而实现最小二乘有限元法计算流体场。为验证所提方法的有效性，论文分别对方腔模型和带有角环等复杂结构的变压器单分区模型进行了数值计算，并分别与规则四边形网格下的最小二乘有限元法和Fluent计算结果进行对比。对比结果表明本文所提出的网格处理方法可以实现含有复杂结构电力装备的二维流体场仿真。     

组合屏蔽层对电力变压器杂散损耗的影响

大容量单相电力变压器的箱体杂散损耗影响变压器效率和可靠性。通常采用箱体内壁敷设铁磁层的方法降低损耗,但铁磁叠片边界会使箱体局部磁场增强并产生局部过热。为此提出利用铁磁和非磁性导电层的不同组合屏蔽方法,并通过有限元仿真分析箱体和屏蔽层损耗,分析结果表明在优化屏蔽层厚度条件下纯导电层表面敷设一层铁磁材料,能有效降低总杂散损耗。     

倒置式油浸电流互感器内部温度场分布及内部压力影响特性研究

电流互感器在电力系统中将一次系统中的大电流转换为供二次测量计量保护用的小电流,对电力系统的稳定运行及故障电流测量具有不可或缺的作用.在线运行过程中,由于局部放电、发热故障等原因造成了互感器内部油中气体异常增长,导致内部压力急剧增大,易造成绝缘损坏进而发生爆炸等事故.为研究互感器内部温度场分布及压力变化影响因素,及时发现内部压力剧增故障,通过ANSYS软件仿真建立了220 kV倒置式油浸电流互感器模型,利用有限元分析方法得到了倒置式油浸电流互感器内部温度场分布规律,并通过建立倒置式油浸电流互感器试验平台,验证了仿真的有效性,同时设计了基于MD-T P R互感器的压力在线监测系统,得到了互感器内部压力影响特性.     

表面受潮对浇注干式变压器线圈表面电场的影响研究

通过对一台10kV环氧树脂浇注干式变压器的外绝缘表面的电场分析来探究其在受潮环境下的放电机理.首先建立了该变压器的二维电场分析的有限元模型,并对其外绝缘表面干燥、带有连续受潮层两种不同运行环境下的沿面电场进行了对比分析,结果表明,相比于表面干燥,当表面带有连续受潮层条件时,变压器外绝缘表面局部电场强度升高近10倍,可能会在外绝缘表面产生沿面放电现象,这对外绝缘造成了一定的威胁.本文采用一种特殊的工艺对该变压器的外绝缘进行表面处理,使得连续的受潮层离散为分离的水滴,并对此情况下的表面电场进行了分析计算,通过与上述带有连续受潮层的计算结果进行对比,局部外绝缘表面电场强度降低80%,有效地提高了环氧树脂浇注干式变压器的寿命.     

弧齿锥齿轮本体温度场及其敏感性分析

分析了弧齿锥齿轮啮合过程中轮齿的相对滑动速度和齿面摩擦因素以及摩擦热流的计算方法,建立了轮齿稳态本体温度场的有限元模型．通过具体实例,计算了弧齿锥齿轮稳态本体温度场分布,分析了本体温度场对转速、载荷和润滑油温度的敏感性．研究结果对改善弧齿锥齿轮的传动性能和润滑状况有一定的指导意义．