變電站戶(hù)外機柜的熱仿真分析

本文運用有限元分析軟件，對密閉戶(hù)外機柜及內部設備進(jìn)行熱分析。針對不同結構方式、機柜內部不同流體控制方式，對機柜內部流體運動(dòng)及溫度場(chǎng)分布情況進(jìn)行仿真模擬分析，獲得在不同情況下內部流場(chǎng)、溫度場(chǎng)的變化情況，從而為實(shí)際應用提供一個(gè)理論支撐。

　　一、前言

　　由于變電站業(yè)務(wù)需求及技術(shù)的進(jìn)步，促使變電站一、二次設備的融合，功能向智能化發(fā)展，也產(chǎn)生了智能終端設備配置及安裝的變化，使其從原來(lái)的戶(hù)內開(kāi)放式放置向戶(hù)外密閉式放置過(guò)渡。在戶(hù)外無(wú)遮擋情況下，陽(yáng)光輻射以及設備本身耗散的熱量作用使得密封機柜內部溫度有可能超出設備允許的范圍，裝置長(cháng)時(shí)間在超負荷高溫下運行，會(huì )引起元器件性能的降低，進(jìn)而導致裝置故障，影響整個(gè)系統的穩定性，因此在密封的戶(hù)外機柜中如何控制內部的溫度，成為戶(hù)外機柜設計的關(guān)鍵。

　　目前對于復雜系統熱負荷設計分析，大多采用有限元分析方法。本文以SolidWorks Simulation軟件對戶(hù)外機柜內部的流場(chǎng)、溫度場(chǎng)進(jìn)行計算分析，為戶(hù)外機柜熱仿真提供一種直觀(guān)效果，提高計算的閱讀力。另外根據仿真結果可方便地修改局部結構，使結構設計逐步達到最優(yōu)。

　　二、 熱傳遞機理

　　通常，熱量的傳輸有三種方式。

　　(1)傳導。傳導是固體中熱傳遞的主要方式。其傳熱量與材質(zhì)的熱導率、溫差、通過(guò)的面積成正比，與通過(guò)的長(cháng)度成反比。

　　(2)對流。對流是固體表面與附近流體間的傳熱方式。傳熱量的大小與對流系數、表面積、表面與流體間的溫差成正比。

　　(3)輻射。熱輻射是在一定溫度下的物體通過(guò)電磁波的形式向外發(fā)射的過(guò)程。物體熱輻射的大小與物體表面積、物體表面輻射系數和溫度的4次方成正比。

　　密閉戶(hù)外機柜的散熱設計就是遵循以上原理，對機柜結構進(jìn)行優(yōu)化，合理布局內部元件，選擇合適的散熱方式，達到對裝置內部元器件散熱的目的。

　　三、建立數學(xué)模型

　　1.控制方程

　　在計算過(guò)程中，要考慮流體、傳熱的綜合效果，其計算基礎如下。

　　在穩態(tài)情況下：流體的連續方程為。 其中u、v、w為x、y、z方向的速度分量。

　　動(dòng)量方程為

　　其中p為壓力，為粘滯系數。

　　能量方程為。

　　仿真計算就是通過(guò)求解3個(gè)方程，獲得流體在穩態(tài)時(shí)各點(diǎn)的u、v、w分布以及P和T分布情況。

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