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申请/专利权人：广西大学

摘要：本发明提供基于三维模型仿真计算变压器传热数值的方法，包括确定变压器设计对象；建立三维模型；验证三维模型的合理性与准确性；设计对象替代变压器中相对应位置的材料；物性参数变化规律拟合为数学函数；设定三维模型区域边界条件进行双向耦合计算，得到采用设计对象的变压器温升特性、负荷能力、热点大小；仿真结果的分析，对变压器进行优化。通过对三维模型对比研究设计对象材料变压器内部的温度分布、温升计算和绕组热点预测。分析设计对象材料的变压器的温升特性、热点大小与过负荷能力，为后续能源经济型变压器的设计制造提供参考数据。优化变压器的空载损耗、降低其温升、提高配电变压器过载能力和使用寿命。

主权项：1.基于三维模型仿真计算变压器传热数值的方法，其特征是包括以下步骤：S1、确定变压器设计对象：确定变压器中铁心材料、变压器油、绕组材料；S2、建立三维模型：基于原始的变压器材料有限元法计算铁心及绕组损耗，以计算结果为热源建立三维温度-流体多物理耦合场；S3、验证三维模型的合理性与准确性；S4、S1中设计对象替代变压器中相对应位置的材料；S5、拟合三维温度-流体多物理耦合场中物性参数，将其变化规律拟合为数学函数；S6、设定三维模型各区域的边界条件：设定对称面处边界条件、设定入口边界条件、设定油箱壁面边界条件、设定动量边界条件；S7、进行双向耦合计算，得到采用设计对象的变压器温升特性、负荷能力、热点大小：通过不同运行负载系数K，得到变压器温升分布曲线，对变压器采用设计对象进行过负荷能力评估；S8、仿真结果的分析：对比分析原始变压器材料与采用设计对象的变压器温度分布规律，得出采用设计对象材料对变压器的影响、采用哪种设计对象材料更加优化；步骤S6中，设定各区域的边界条件包括：壁面处热通量边界条件符合Neumannboundary，边界条件如下： ；其中，k为热导率,单位为Wm▪K；q0为热通量，单位为Wm2，在对称面处，设定对称边界左右两侧无误差，通量为零；入口边界条件等同于描述入口上游温度边界条件的Dirichletboundary： ；其中，T为热力学温度，单位为K；Tup为上游温度，单位为K；Cp为热容，单位为JK；U为速度矢量，单位为ms，由于Cp为正值，故流入边界条件需满足T=Tup；油箱壁面与外界环境交界面处热量交换主要为对流换热q0； ；其中，T为热力学温度，单位为K；Text为外部温度，单位为K；h为传热系数，单位为Wm2▪K；步骤S7中进行耦合计算时，计算设计对象的变压器温度分布情况，将各部件损耗作为热源均匀施加到各发热体，热源为铁心与绕组的焦耳热，忽略漏磁效应，考虑电阻的温度效应，损耗随温度的变化关系如下： ；其中，T为热力学温度，单位为K；P0为铁心与绕组在环境温度T0时的损耗，单位为W；β为导体温度系数。

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