干式空心并联电抗器电磁–流体–温度场耦合计算与分析

为提高干式空心电抗器温度场计算精度,基于多场耦合有限元理论,考虑包封撑条和防雨帽的影响,建立了外电路约束下的干式空心并联电抗器电磁–流体–温度多场耦合数值计算模型。通过电磁场计算得到包封的损耗,并将其作为三维流体–温度场的热源计算电抗器的温度场和流场分布。由于导体电导率与温度相关,在电磁–流体–温度场中迭代计算了包封损耗。将考虑包封撑条和防雨帽的温升计算值和未考虑包封撑条和防雨帽的温升计算值分别与红外测温对比分析,结果表明:考虑包封和防雨帽的模型计算更加精确,温升最大误差<3%,而未考虑包封和防雨帽影响的误差高达9%。通过分析电抗器包封轴向及顶部径向温度分布规律,为干式空心并联电抗器的设计、运维和温升在线监测提供理论依据。

屏蔽套材料对屏蔽式永磁同步电机电磁场和温度场的影响研究

针对单向耦合法分析屏蔽式永磁同步电机电磁场和温度场时计算精度低的问题,提出了一种磁热双向耦合法。首先,建立了磁热耦合计算模型。其次,采用双向耦合法分析了屏蔽套材料对电机性能的影响,并与单向耦合计算结果进行了比较。最后,建立了电机三维模型,利用有限元软件进行了电磁场和三维温度场分析。研究结果表明所提的磁热双向耦合计算方法可以有效提高电磁场和温度场的计算精度,此外屏蔽套采用不导电不导磁材料可有效提高屏蔽式永磁同步电机效率,降低电机温升。这不仅为屏蔽式永磁同步电机的设计提供了参考,同时对于保证电机高效和可靠运行具有重要意义。

集装箱运输环境与其内部温度场耦合关系研究综述

集装箱运输因标准化与统一化的优点,已成为多式联运领域的重要发展方向,而集装箱内部温度场会直接影响货物品质和运输质量。为系统梳理和深入探讨集装箱内部温度场与运输条件的耦合关系,主要从集装箱内部温度场的研究现状、理论模型、计算方法等方面对国内外相关研究进行综述。结果表明:不同运输条件下的内部温度场研究涉及到不同学科交叉,研究内容从箱内温度变化探究,发展到集装箱的机械设计和保温材料发明;研究方法从单一的流体分析,变为复杂的辐射、对流、导热耦合研究;在理论模型计算方面,从标准湍流模型扩展到可信赖湍流模型、剪切应力模型等适合不同运输环境的模型。研究可为集装箱多式联运安全防护和运输组织提供参考。

油浸式变压器三维电磁-流体-温度场耦合分析方法

提出了一种基于有限元法和有限体积法的变压器三维电磁-流体-温度场耦合分析方法。通过建立变压器三维模型,采用有限元法分析变压器内磁通密度分布,并求得变压器及绕组损耗。将变压器铁芯及绕组损耗作为热源,采用有限体积法求解变压器流体-温度场,分析变压器内部油流及温度分布,同时根据温度场结果对变压器损耗进行修正,通过迭代求解变压器流体-温度场获取变压器内部最终温度分布结果,提高求解精度。采用所提方法对35 k V油浸式变压器进行三维电磁-流体-温度场分析,将结果与经验公式的热点温度计算结果进行对比,验证了所提方法的有效性和正确性。

油浸式变压器二维电磁-流体-温度场耦合分析方法研究

介绍了一种基于有限元法的变压器二维电磁-流体-温度场耦合分析方法。通过建立变压器二维模型,采用有限元法求解变压器内磁通密度分布;并计算变压器铁心及绕组损耗。随后,采用多物理场间接耦合方法将损耗作为热源加载条件求解变压器流体-温度场,分析变压器内部油流速度及温度分布。对35 kV油浸式变压器进行二维电磁-流体-温度场分析,将温度仿真结果与经验公式的热点温度计算结果进行对比,验证了方法的有效性和正确性。

基于计算流体力学的直流电磁继电器温度场仿真研究

温升是制约直流电磁继电器小型化与高负载化设计的主要影响因素,准确的温升计算是继电器设计能够达到其性能目标的重要辅助手段。提出利用流固耦合传热及离散坐标法辐射传递方程,建立计算流体力学散热仿真模型,以此改进原先固体热力学有限元散热仿真模型在对流与辐射计算准确性方面的不足。运用该模型对某型继电器进行温度场仿真,通过温升试验验证了仿真结果的准确性。另外,本文的仿真模型在仿真模拟继电器温度分布时,取得比固体热力学有限元散热模型更接近实际情况的结果。因此,本文的仿真模型可为相同类型的继电器产品提供更有效的热场设计工具。

基于电磁场—流场—温度场耦合分析的电缆支架温升计算及实验验证

随着大长度大截面的电力电缆在隧道的普及,电缆支架因涡流损耗造成的线损、以及发热产生温升形变等问题也日益严重。文中采用有限元数值计算方法,以110 kV单相电缆及其钢支架为研究对象,进行了电磁场—流场—温度场耦合计算。将电磁场计算得到的涡流损耗作为温度场计算的热源载荷,同时考虑空气自然对流的散热方式,从而计算出电缆支架的温度分布。最后进行电缆支架温升实验,将仿真得到数据和实验数据进行对比,验证电缆支架温升计算的准确性和有效性。

φ210mm圆坯结晶器电磁场-流场-温度场耦合数值模拟研究

以某厂φ210 mm圆坯结晶器电磁搅拌为研究对象,采用ANSYS有限元软件,建立了结晶器电磁搅拌电磁场-流场-温度场耦合数学模型,并进行求解。研究了磁场强度和电磁力在结晶器内钢液中的分布规律、电流强度和电源频率对磁场强度、电磁力以及结晶器内流场和温度场的影响规律。研究表明:结晶器内的磁感应强度和电磁力分布都呈边缘大、中间小的趋势;在电磁搅拌作用下,结晶器内钢液产生了旋转运动,形成了上回流、旋转区和下回流区,热区位置得到了提高;在所研究的搅拌参数范围内,随着电流强度和频率的增大,电磁力增大,钢液的流动速度也随之增大;根据工业试验结果,180A,4Hz的搅拌工艺参数应用效果较好。

瞬态电磁-温度场耦合计算中自适应时间步长研究

瞬态温度场响应时间比电磁场长,在采用有限元法求解瞬态电磁-温度场顺序耦合时,若采用统一计算时间步长会导致温度场求解次数过多而增加计算时间。该文提出自适应时间步长耦合方法,采用指数平滑法预测电磁-温度场耦合时间间隔,并在两个相邻的耦合时间节点间,根据响应特征值和预测-校正法计算电磁场、温度场最佳离散步长。与传统等步长耦合方法对比,电磁、温度场均使用最佳的离散步长,同时避免了温度场的过频计算,减少了计算时间。最后,以通电铜导环为例,采用自适应时间步长耦合计算铜导体在交流电流作用下的瞬态温升,与传统等步长耦合方法相比,计算相对误差在1%以内,总计算时间减少26.6%,证明了该方法的有效性。

无刷力矩电动机电磁场—温度场耦合仿真与分析

航天器用无刷力矩电动机具有力矩密度大、温升高等特点,且使用环境温差范围大。对该类电机进行精确的温度场仿真分析对提高电机的稳定性和可靠性具有十分重要的意义。根据电磁场有限元分析理论和传热学基本理论,建立了力矩电动机电磁场-温度场耦合模型,利用有限元分析软件ANSYS Maxwell/Workbench进行电磁场-温度场耦合分析,研究电机堵转运行时的发热分布及不同散热条件下的堵转特性。通过两种仿真结果对比,证明了电机电磁场-温度场耦合仿真模型的准确性,对无刷力矩电动机的设计具有一定的指导意义。

汽轮发电机定子流体场和温度场耦合计算与分析

掌握汽轮发电机中的温度分布对电机冷却系统的优化设计和可靠运行都是非常必要的。在水氢氢冷却的大型汽轮发电机中,存在两种冷却介质和两套冷却系统,其流体流动与传热较复杂。根据其冷却系统内流体流动与传热的特点,建立了定子整个轴向长度范围内流体流动与传热耦合计算的物理模型和数学模型,采用有限体积法对流体场和温度场进行耦合计算,得到了定子本体中详细的温度分布数值及过热点的位置,给出了流体的速度分布图以及定子各部分的温度分布图。详细分析了氢气、冷却水、定子铁心、定子绕组等各部分的温度分布情况。将耦合场计算结果与现场实测数据进行比较,表明了模型和计算方法的正确性。其结论可对水氢氢冷却汽轮发电机的冷却系统设计与实际运行提供理论依据。

采用热-流体耦合单元计算三峡半水冷水轮发电机定子三维稳态温度场

本文考虑了铜绕组生热率(铜损耗体密度)随温度的变化,以及空心股线与冷却水边界上采用热-流体耦合单元并计及其对流换热系数的非线性,计算了定子端部绕组和定子铁心段等两个区域的三维温度场。计算值与实际运行数据比较接近,说明此方法有效。计算结果表明:定子齿部铁心温度高于轭部铁心温度;定子上下层绕组层间温度受冷却水温度的影响较大,大致等于上下层绕组温度最大值的平均值;绕组的冷却水带走了定子铜损耗的95.66%和定子铁心损耗的25%左右,半水冷发电机的冷却水对于发电机定子的冷却作用至关重要。

电磁耦合无级变速器温度场分析与冷却方法研究

介绍了电磁耦合无级变速器(EMCVT)的基本结构和工作原理。为解决EMCVT工作时温升较大的问题,提出了浸泡飞溅冷却的方法。根据传热学理论建立了二维稳态温度场的计算数学模型;利用有限元法求得了电机定转子的温度场分布。仿真结果表明,所设计的冷却系统可行,可为EMCVT的技术成果应用提供参考依据。

基于电磁-温度耦合方法的永磁驱动器温度场分析

基于电磁-温度场耦合方法,分析了盘式永磁驱动器的温度场.基于电磁场解析计算建立了盘式永磁驱动器的电磁场解析模型,推导了涡流损耗公式.计算了热阻和散热系数,并以涡流损耗为热源,建立了盘式永磁驱动器等效热网络模型.预测随负载变化时盘式永磁驱动器的涡流损耗和铜盘温度的变化.解析结果与有限元结果比较表明:基于电磁-温度场耦合方法所建立的电磁场解析模型和温度场解析模型能快速、准确地预测涡流损耗和铜盘温度.

幂律流体环空流动的速度场与温度场耦合计算

为研究幂律流体环空中流动时速度场与温度场耦合的影响,选取分别含有系数、三个流变参数关系式,采用有限差分法求解了动量方程和能量方程。计算结果表明,通过流体流动时的粘性耗热对流变参数及速度梯度的影响机理,在单变量情况下,随增大,幂律流体的流速和温度增大;随增大,幂律流体的流速和温度减小;随增大,幂律流体流速不变,温度减小。同时在多变量情况下,由于影响机理对各参数的响应程度不同,不同变量组合对速度场和温度场的影响效果也不同。关于此类问题的研究对于完善工业流变学理论具有一定的积极意义。

电磁耦合深冷处理试验设备的模拟仿真及试验研究

为了对材料实施电磁耦合深冷强化处理工艺,提出了相关的试验设备设计方案。在方案设计过程中,借助COMSOL软件对试验设备的深冷温度场、电磁场和电磁耦合深冷温度场进行了模拟仿真,分析了深冷温度、深冷时间、磁感应强度和磁化时间对结果的影响规律,并与实际试验设备得出试验数据进行对比。结果表明,所研发的电磁耦合深冷处理设备可满足实际工艺试验要求。

法向压力对销-盘在电磁场环境下耦合温度场的影响

利用ANSYS有限元软件对销-盘式摩擦机中销、盘摩擦磨损耦合的温度场进行模拟分析,研究模型在电磁场环境下,不同法向压力对摩擦热和磁场热耦合温度的影响。结果表明:对于销-盘摩擦副,在相对位移、速度和法向压力一定的条件下,有磁场条件下摩擦副试样的温度高于无磁场条件下的温度;在一定的磁场强度和速度下,耦合最高温度随着法向压力的增大先缓慢后快速地升高;在相对滑动位移和磁场强度一定时,最高耦合温度随着相对运动速度的增大而降低。

高温流体与变物性固体耦合系统温度场及热变形的数值计算

在腔体内部有高温流体,其外壳等固体材料的物性随温度而为化的瞬态非线性问题中,其边界条件的确定十分困难。本文采用流—固“混合流”模式进行温度场的计算,由于方程计及了瞬态、变物性、复杂形状、浮动外边界条件等因系,采用变步长的控制容积法及时域有限元进行计算。 对某个高温燃气配气阀的温度场及热变形进行了数值计算,得到与实测相符的结果。

大力值电磁作动器电磁热耦合分析与性能优化

电磁作动器在工作中产生的欧姆损耗会导致温度升高,加快电磁作动器中磁铁的失磁现象,降低气隙处的磁感应强度,减少作动器的寿命。阐述电磁作动器产生欧姆损耗的形成机理,推导欧姆损耗中涡流损耗的公式,创新设计了一种双线圈电磁作动器来减小涡流损耗,并进行了电-磁-热多物理场耦合仿真。通过对比电磁作动器的电磁场与温度场可知,优化后的双线圈电磁作动器的控制性能得到了很大提升。

基于流-固耦合的车载继电器温度场仿真研究

温升在一定程度上制约车载继电器的小型化与轻型化发展,对车载继电器进行温度场分析提升其耐热能力特别重要。采用基于热传导微分方程、流体运动控制方程及辐射换热方程的计算流体力学(CFD)仿真工具,提出一种基于流固耦合的车载继电器温度场仿真方法。运用所提方法得出某车载继电器在不同环境温度及负载电流等级下的温度场分布,并计算出传导、对流与辐射的散热量占比,分析在不同环境温度及负载电流等级下继电器整体及线圈的散热规律,为后续车载继电器的热设计与温升优化奠定基础。