【文章內(nèi)容簡介】 ，是通用CFD軟件包，用來模擬從不可壓縮到高度可壓縮范圍內(nèi)的復(fù)雜流動。由于采用了多種求解方法和多重網(wǎng)格加速收斂技術(shù)，因而FLUENT能達(dá)到最佳的收斂速度和求解精度。靈活的非結(jié)構(gòu)化網(wǎng)格和基于解的自適應(yīng)網(wǎng)格技術(shù)及成熟的物理模型，使FLUENT在轉(zhuǎn)換與湍流、傳熱與相變、化學(xué)反應(yīng)與燃燒、多相流、旋轉(zhuǎn)機(jī)械、動/變形網(wǎng)格、噪聲、材料加工、燃料電池等方面有廣泛應(yīng)用。CFDComputational Fluid Dynamics，是通過計(jì)算機(jī)數(shù)值計(jì)算和圖像顯示，對包含有流體流動和熱傳導(dǎo)等相關(guān)物理現(xiàn)象的系統(tǒng)所做的分析。是流體力學(xué)研究不可或缺的工具。CFD架起了數(shù)物模型和流動現(xiàn)象之間的橋梁，可再現(xiàn)實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，從而發(fā)現(xiàn)這種現(xiàn)象的數(shù)學(xué)、物理機(jī)制，以及產(chǎn)生、演化的條件和方式，加深對流動現(xiàn)象機(jī)理的認(rèn)識。進(jìn)而可以預(yù)測流動過程，發(fā)現(xiàn)一些新的流動現(xiàn)象和機(jī)理。該軟件的原理是把原來在時(shí)間域及空間域上連續(xù)的物理量的場(如速度場、壓力場等)，用一系列有限個(gè)離散點(diǎn)上的變量值的集合來代替，通過一定的原則和方式建立起關(guān)于這些離散點(diǎn)變量之間的代數(shù)方程組，然后求解代數(shù)方程組獲得場變量的近似值。CFD可以看成是在流動基本方程(質(zhì)量守恒、動量守恒和能量守恒)的控制下，對流動的數(shù)值模擬。 Fluent可以計(jì)算的流動類型Fluent可以計(jì)算的流動類型包括：(1)任意復(fù)雜外形的二維/三維流動；(2)可壓、不可壓流；(3)定常、非定常流；(4)無粘流、層流和湍流；(5)牛頓、非牛頓流體流動；(6)對流傳熱，包括自然對流和強(qiáng)迫對流；(7)熱傳導(dǎo)和對流傳熱相禍合的傳熱計(jì)算；(8)輻射傳熱計(jì)算；(9)慣性(靜止)坐標(biāo)、非慣性(旋轉(zhuǎn))坐標(biāo)下的流場計(jì)算；(10)多層次移動參考系問題，包括動網(wǎng)格界面和計(jì)算動子/靜子相互干擾問題的混合面等問題；(11)化學(xué)組元混合與反應(yīng)計(jì)算，包括燃燒模型和表面凝結(jié)反應(yīng)模型；(12)源項(xiàng)體積任意變化的計(jì)算，源項(xiàng)類型包括熱源、質(zhì)量源、動量源、湍流源和化學(xué)組分源項(xiàng)等形式；(13)顆粒、水滴和氣泡等彌散相的軌跡計(jì)算，包括彌散項(xiàng)與連續(xù)項(xiàng)相禍合的計(jì)算；(14)多孔介質(zhì)流動計(jì)算；(15)用一維模型計(jì)算風(fēng)扇和換熱器的性能；(16)兩相流，包括帶空穴流動計(jì)算；(17)復(fù)雜表面問題中帶自由面流動的計(jì)算。 Fluent的計(jì)算步驟計(jì)算步驟包括以下凡個(gè)方面的內(nèi)容:(1)讀入模型(2)模型定義。包括定義計(jì)算所選用的數(shù)學(xué)模型、能量方程和湍流模型。(3)定義材料的屬性。(4)定義操作條件。(5)定義邊界條件。(6)進(jìn)行求解計(jì)算。(7)查看結(jié)果得出結(jié)論。 國內(nèi)外研究概況本課題所做的實(shí)驗(yàn)是針對采用熱管技術(shù)散熱的變壓器進(jìn)行的，熱管在油箱內(nèi)直接與油接觸傳熱，熱管外部通過空氣自然冷卻散熱。該實(shí)驗(yàn)以測定熱管式變壓器的油平均溫升為主，同時(shí)測量重力熱管實(shí)際運(yùn)行的功率以及其壁面和翅片上的溫度分布情況改善設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)，優(yōu)化其傳熱性能做出了主要的探索。自從20世紀(jì)60年代以來，熱管技術(shù)飛速發(fā)展，各國的科研機(jī)構(gòu)、高等院校、公司均開展了多方面的開發(fā)、應(yīng)用研究。目前美國、加拿大、歐洲、及日本等國家和地區(qū)都在進(jìn)行將熱管技術(shù)應(yīng)用到變壓器中的研究。如加拿大ABB公司與魁北克水電局設(shè)計(jì)出了熱管式單相固體絕緣變壓器，結(jié)構(gòu)如圖11所示。圖11 固體絕緣變壓器該變壓器制造時(shí)將帶有毛細(xì)管的熱管分兩排垂直插進(jìn)變壓器中，然后將環(huán)氧樹脂注入變壓器殼體內(nèi)，使之融為一體。高壓線柱與低壓線柱分別放在變壓器的兩側(cè)，從而保證了電氣絕緣距離，為了強(qiáng)化傳熱，熱管冷凝段都加有翅片。他們對該變壓器進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，結(jié)果表明熱管可以排出由變壓器繞組和鐵心產(chǎn)生的大部分熱量。以魁北克水電局這臺試運(yùn)行的變壓器為例，熱管排出的熱量約占滿負(fù)荷(即167kVA)下變壓器總耗損的42%，顯然大大降低了變壓器心部最熱點(diǎn)的溫度。經(jīng)比較，另一臺沒有熱管的同類變壓器，其出力將限制在100kVA，且過負(fù)荷能力還要受到限制。這時(shí)，變壓器最熱點(diǎn)的溫度將達(dá)到140℃左右。采用熱管就能克服上述限制，降低最熱點(diǎn)溫度，增加出力，并提高過負(fù)荷能力。近年來國內(nèi)也有對此技術(shù)的研究，如承德石油高等專科學(xué)校對在用的役齡較長的老式油浸變壓器進(jìn)行改造，采取熱管技術(shù)措施強(qiáng)化冷卻散熱，他們采用在變壓器箱體外面焊一個(gè)封閉的附加小油箱。在箱體壁上開了上下兩個(gè)長方形油循環(huán)孔，使箱體空間與小油箱空間相通。熱管的蒸發(fā)段插入小油箱，冷卻段加翅片露在空氣中。實(shí)驗(yàn)表明大大降低了油的溫升，并且可以延緩內(nèi)部線圈絕緣材料的老化，延長變壓器的壽命。如圖12所示。圖12 油浸變壓器應(yīng)用熱管圖 本課題主要研究內(nèi)容主要內(nèi)容：了解熱管在油浸式變壓器中的排熱機(jī)理，學(xué)習(xí)fluent軟件包的操作方法。基于熱管式變壓器的排熱原理，建立物理模型，對熱管式變壓器內(nèi)部的元件生熱、熱管排熱過程進(jìn)行數(shù)值計(jì)算分析，研究熱管排熱方式各影響參數(shù)的特性。第2章 熱管式變壓器油溫升實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容本課題針對一臺尺寸為外955375885的10kV電壓等級的變壓器進(jìn)行分析，在室溫為20℃情況下，器身平均溫度達(dá)85℃時(shí)。根據(jù)該變壓器的體積和功率，設(shè)計(jì)了一個(gè)實(shí)驗(yàn)臺，通過一個(gè)油箱模擬變壓器的運(yùn)行工況，油箱為長400mm，寬350mm，高800mm壁厚4mm的變壓器殼體。，將變壓器蓋上開個(gè)孔，將重力熱管的加熱段沿孔豎直插進(jìn)油箱中，其上端冷凝段露在空氣中進(jìn)行散熱。由于熱管蒸發(fā)段插在油中，其換熱系數(shù)相對較大，而冷凝段處于空氣的自然對流環(huán)境中，換熱系數(shù)很小，是散熱的瓶頸，因此我們在重力熱管冷凝段加有12片縱向翅片進(jìn)行強(qiáng)化傳熱，這樣不僅改善了熱管傳熱性能，而且大大增加了熱管的散熱面積。這種設(shè)計(jì)相對于原來用片式散熱器散熱有以下凡方面優(yōu)點(diǎn)：(1)大大減小了變壓器的體積，安裝、運(yùn)輸更方便；(2)碳鋼一水重力熱管比其他熱管成本低，運(yùn)行壽命長；(3)該變壓器噪音小，占用城市空間少，便于城市電網(wǎng)布置；(4)散熱性能好，降低了變壓器工作溫度，延長變壓器的使用壽命、減少熱事故。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)如圖21所示。在實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中，實(shí)驗(yàn)工況設(shè)定為較惡劣工況，即變壓器模型處在室內(nèi)，空氣凡乎無流速，熱管散熱器只能依靠自然對流散熱。其油箱中的油被電加熱管加熱，其功率由調(diào)壓器進(jìn)行調(diào)節(jié)，功率表測定。重力熱管的加熱段豎直插進(jìn)油箱中，其上端冷凝段露在空氣中進(jìn)行散熱。熱管冷凝段的肋基和肋尖都布置有銅一康銅熱電偶，在油中布置了三個(gè)熱電偶，空氣中布置有一個(gè)熱電偶，同時(shí)由于一天的氣溫在不斷的改變，油的時(shí)間常數(shù)很大，大約2小時(shí)多，為保證測量油溫升更精確，選用了一個(gè)油杯，使其油溫度與油箱中的油溫保持時(shí)間同步。油杯中也放置一熱電偶，所有熱電偶均接入惠普公司的34970A數(shù)據(jù)采集儀，數(shù)據(jù)采集儀再接入計(jì)算機(jī)?！?。圖21 熱管式變壓器實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)圖