油浸式電力變壓器流場(chǎng)及溫度場(chǎng)耦合有限元方法研究.pdf

1、油浸式電力變壓器是輸配電網(wǎng)的重要設(shè)備之一，熱點(diǎn)溫升關(guān)系到油浸式電力變壓器的使用壽命及運(yùn)行的安全穩(wěn)定性。油浸式電力變壓器的溫升計(jì)算問題是一個(gè)電磁場(chǎng)、流場(chǎng)及溫度場(chǎng)相互耦合的多物理場(chǎng)耦合計(jì)算問題。論文圍繞油浸式電力變壓器內(nèi)部溫升計(jì)算過(guò)程中流場(chǎng)方程的計(jì)算問題、流固耦合傳熱問題、流場(chǎng)與溫度場(chǎng)耦合計(jì)算問題、考慮隨機(jī)特性的溫度場(chǎng)計(jì)算方法等問題展開研究，主要研究工作有:
　　(1)針對(duì)穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)的計(jì)算問題，推導(dǎo)了求解穩(wěn)態(tài)不可壓縮流體流動(dòng)問題的最小二

2、乘有限元離散格式，研究了基于單元?jiǎng)偠染仃嚧鎯?chǔ)的有限元方程計(jì)算方法，提出了基于單元?jiǎng)偠染仃嚧鎯?chǔ)的第一類邊界條件處理方法。以方腔項(xiàng)蓋驅(qū)動(dòng)流模型為基本算例分析了最小二乘有限元法計(jì)算穩(wěn)態(tài)流場(chǎng)方程的基本特征，驗(yàn)證了計(jì)算方法的有效性。
　　(2)針對(duì)計(jì)算瞬態(tài)流場(chǎng)問題時(shí)方程自由度過(guò)大、計(jì)算效率過(guò)低的問題，提出了求解瞬態(tài)流場(chǎng)問題的降階最小二乘有限元方法。該方法首先應(yīng)用最小二乘有限元法計(jì)算部分時(shí)刻流場(chǎng)的解構(gòu)成瞬像矩陣，然后對(duì)瞬像矩陣進(jìn)行特征正交分解

3、(Proper Orthogonal Decomposition，POD)提取流場(chǎng)的特征正交基，結(jié)合離散經(jīng)驗(yàn)插值方法(Discrete Empirical Interpolation Method，DEIM)及Galerkin正交投影方法構(gòu)建求解瞬態(tài)流場(chǎng)方程的POD-DEIM降階計(jì)算模型。數(shù)值計(jì)算結(jié)果驗(yàn)證了降階計(jì)算方法的準(zhǔn)確性及計(jì)算效率的高效性。
　　(3)針對(duì)油浸式電力變壓器內(nèi)部溫升的計(jì)算問題，提出了一種流場(chǎng)與溫度場(chǎng)耦合有限元計(jì)

4、算方法。該方法應(yīng)用最小二乘有限元法計(jì)算油流的流場(chǎng)控制方程，得到油道中的油流速度分布。構(gòu)建流固耦合傳熱問題的整場(chǎng)計(jì)算模型，采用流線迎風(fēng)有限元法計(jì)算整場(chǎng)傳熱方程，得到整場(chǎng)的溫度分布。通過(guò)順序耦合依次迭代計(jì)算流場(chǎng)及溫度場(chǎng)的有限元控制方程，得到最終的油流速度及整場(chǎng)溫度分布情況。應(yīng)用該方法計(jì)算了一臺(tái)油浸式電力變壓器局部繞組結(jié)構(gòu)模型的溫度分布，計(jì)算結(jié)果與Fluent軟件對(duì)比驗(yàn)證了計(jì)算方法的準(zhǔn)確性。
　　(4)結(jié)合油浸式電力變壓器餅式繞組的基本

5、結(jié)構(gòu)，應(yīng)用所提出的流場(chǎng)及溫度場(chǎng)耦合有限元方法分析了餅式繞組油道油流及整場(chǎng)溫度的分布特征。同時(shí)，結(jié)合變壓器設(shè)計(jì)理論，分析了餅式繞組水平油道高度、豎直油道寬度、分區(qū)數(shù)及入口油流速度等設(shè)計(jì)參數(shù)對(duì)繞組結(jié)構(gòu)中油流速度及溫度分布的影響，討論了油流速度分布對(duì)于繞組溫升的影響機(jī)理，為變壓器繞組散熱結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及繞組溫升過(guò)熱分析提供指導(dǎo)。
　　(5)為了研究不確定性因素對(duì)溫度場(chǎng)的影響，論文提出了一種求解隨機(jī)溫度場(chǎng)分布的降階蒙特卡洛隨機(jī)有限元方法。首先，