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大型变压器片式散热器散热效率分析与研究

翟茜  
【摘要】:随着我国对资源节约问题的高度重视,大型变压器逐渐向节能环保的趋势发展,为确保电能安全供应,必须对变压器的温度进行有效地控制。片式散热器是目前大型油浸式变压器上广泛使用的散热器,普通片式散热器由于内部结构设计与结构布置等方面的缺陷,导致片式散热器散热效率不高,因此不断改善片式散热器的散热效果,研发散热效率高的片式散热器,对延长变压器的运行年限和提升安全性能有着积极影响。本文针对普通片式散热器散热效率低的问题,采用改变普通片式散热器油道长度和在片式散热器表面冲压四面体花纹的方法,对新型片式散热器油侧和空气侧的换热性能进行研究,并且深入分析四面体花纹自身结构参数与布置方式对新型片式散热器散热效率的影响。具体的研究工作主要包括:首先,数值模拟普通片式散热器油侧的散热性能,针对普通片式散热器存在各油道油流量分布不均匀的缺点,对油道长度进行改进,得到散热效率最高的油道长度。其次,采用表面冲压四面体花纹的方法增强片式散热器的散热能力,基于二次流理论和场协同原理分析四面体花纹自身结构参数对新型片式散热器油侧散热性能的影响,建立花纹宽度、长度及攻角对照组的有限元模型,利用Fluent软件对结构参数不同的对照组模型进行热流场仿真,通过分析温度分布及变压器油流动特性,分别得出最佳四面体花纹宽度、长度和攻角。分析布置方式不同的四面体花纹流动与散热特性,建立四面体花纹排布方式、纵向间距和行数对照组的有限元模型,通过数值模拟分别得出最优布置方式。将仿真结果与基础对照组进行对比,发现对布置方式的优化使片式散热器散热效率产生了不同程度上的提高,验证了冲压新型四面体花纹有利于改善片式散热器的散热性能。再次,基于新型片式散热器油侧散热特性研究的理论基础,建立两种四面体花纹有限元计算模型,仿真模拟空气流经四面体花纹时速度场分布情况,分析产生涡旋的过程,对比两种花纹产生涡旋的强度,为四面体花纹强化新型片式散热器空气侧散热性能的研究提供直观的依据。最后,探讨两种不同花纹排布方式的新型单油道空气侧散热性能,分析四面体花纹强化单油道散热能力的机理,对比两种新型油道与普通油道的散热效率,研究发现在新型单油道表面冲压四面体花纹是高效节能的强化片式散热器散热效果的方法。


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