【技術實現步驟摘要】
本專利技術屬于電氣設備領域，具體涉及一種考慮變壓器繞組餅的微導向結構設計方法。
技術介紹
1、動車組車載牽引變壓器(簡稱“車載變壓器”)是動車組電氣系統中的核心設備，其高效冷卻是實現動車組提速的關鍵環節，確保列車各項設備如牽引電機、照明、控制等能夠高效、安全地運行。
2、時速400公里及以上動車組相比現有最高速度動車組，功率將增大50％，損耗也同步增加，但車載變壓器的裝配空間并沒有隨之擴大，這進一步增大了冷卻設計、絕緣布置的困難。當前研發中，通過增大油泵出力、調大流速并未獲得預期冷卻效果，甚至發現：增大入口流速雖可以使平均溫升下降，但是繞組區域中某些油道出現了反向流動，導致最熱點溫升不降反升。即使設計時可以規避額定負載、穩定運行等若干典型工況下的反常現象，但在多變、多樣的實際工況中，油粘度、速度的大幅變化又會觸發反向流動。由此形成的局部過熱威脅著絕緣的長期可靠性，所在區域也是整機的絕緣薄弱之處。因此，針對更高損耗密度這種嚴苛條件下車載變壓器的內部冷卻設計，提出了在變壓器繞組壁上添加微導向結構，改變繞組內部油流流線的轉向，優化油流的均勻度，達到避免反向油流的效果。
3、公開號為cn118098763a的專利《一種變壓器繞組區域局部微導向結構設計方法》能夠確定微導向結構的直徑和深度，但很難確定微導向結構最佳的布置位置。
技術實現思路
1、專利技術目的：針對
技術介紹
中的問題，本專利技術提出了一種確定變壓器繞組區域微導向結構最佳布置位置的方法，通過建立添加微導向結構
2、技術方案：本專利技術公開一種確定變壓器繞組區域微導向結構最佳布置位置的方法，包括：
3、步驟1：基于量綱分析法和流體力學方程，計算得出變壓器繞組內油流比例關系式；
4、步驟2：在ansys?icem軟件中建立添加不同微導向結構的繞組區域二維cfd模型，導入到ansys?fluent有限元仿真軟件中，提取各油道流量比例，觀測油流流線；
5、步驟3：根據ansys?fluent有限元仿真軟件模擬變壓器繞組中各油道參數化掃描結果，得到變壓器繞組內油流流量比例函數式；
6、步驟4：根據流量比例函數式與油流仿真結果圖，迭代計算出微導向結構最佳布置位置。
7、進一步地，所述步驟1中得到的變壓器繞組內油流比例關系式為：
8、
9、式中：gi'是函數的形式，代表后面這些變量構成的函數，ρ是油流的密度，為入口的平均油速，是變壓器繞組內油流的平均速度，n1為變壓器繞組區域每擋內繞組餅數；woin和woout分別為內側和外側豎直油道寬度；ho為水平油道的高度；hd和wd分別為繞組餅的高度和寬度；rin為微導向結構圓心至第二檔導油墊圈上側的長度；rw為微導向結構的半徑；dw為微導向結構的深度；kfi即為繞組內第i個水平油道所占流量比例，i＝1,2,...,n。
10、進一步地，所述步驟2中繞組區域二維cfd模型模式設置為steady，求解器設置為pressure-based模式，求解的算法設置為為implicit，由于繞組區域二維cfd模型為軸對稱模型，所以二維空間屬性設置為軸對稱axisy?mmetric，粘性模型設置為laminar，壓強速度耦合方式為simple，壓力設置為presto。
11、進一步地，所述步驟3中變壓器繞組內油流流量比例函數式確定為：
12、
13、式中：kfi為第i個水平油道的流量比例；n表示正整數，表示水平油道個數，re是油流的雷諾數，aij、bijk、cijkm為引入的虛擬系數，每擬合一個油道的kfi將生成若干個d系數，dijkm1、dijkm2、dijkm3即為生成若干個d系數；α為微導向結構半徑與繞組餅的高度之比；β為微導向結構深度與繞組餅的高度之比；γ為微導向結構圓心至第二檔導油墊圈上側的長度與繞組餅的高度之比。
14、進一步地，所述步驟4中根據流量比例函數式迭代計算不同結構油道的平均油道流量比例與平均油道流量比例最大值，提取平均油道流量比例最大值的流量函數式中的γ，確定出微導向結構最佳布置位置為：
15、
16、rin＝γ1hd
17、式中：為不同結構油道平均油道流量比例；kfmax為不同結構油道平均油道流量比例最大值；γ1為取平均油道流量比例最大值kfmax時的流量函數式中的γ，rin為微導向結構圓心至第二檔導油墊圈上側的長度；hd為繞組餅的高度和寬度。
18、與現有技術相比，本專利技術的有益效果是：
19、1：本專利技術可以實現對變壓器繞組區域添加不同微導向結構的建模，不僅可以反應變壓器繞組內部油流的流動特性與微導向結構對反向油流的抑制作用，還提出了油流流量比例函數式，可以定量計算添加微導向結構地變壓器繞組內部各油道的流量比例。
20、2：本專利技術可以實現在不同尺寸的變壓器結構下找到微導向結構的最佳布置點，有助于優化變壓器繞組內部的油流均勻度，更有效地抑制反向油流現象，從而提升變壓器的冷卻設計，提高變壓器的使用壽命，為下一代時速400公里及以上動車的車載變壓器設計提供理論基礎。
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1.一種確定變壓器繞組區域微導向結構最佳布置位置的方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的一種確定變壓器繞組區域微導向結構最佳布置位置的方法，其特征在于，所述步驟1中得到的變壓器繞組內油流比例關系式為：
3.根據權利要求1所述的一種確定變壓器繞組區域微導向結構最佳布置位置的方法，其特征在于，所述步驟2中繞組區域二維CFD模型模式設置為steady，求解器設置為Pressure-Based模式，求解的算法設置為為Implicit，由于繞組區域二維CFD模型為軸對稱模型，所以二維空間屬性設置為軸對稱Axisy?mmetric，粘性模型設置為Laminar，壓強速度耦合方式為SIMPLE，壓力設置為PRESTO。
4.根據權利要求1所述的一種確定變壓器繞組區域微導向結構最佳布置位置的方法，其特征在于，所述步驟3中變壓器繞組內油流流量比例函數式確定為：
5.根據權利要求4所述的一種確定變壓器繞組區域微導向結構最佳布置位置的方法，其特征在于，所述步驟4中根據流量比例函數式迭代計算不同結構油道的平均油道流量比例與平均油道流量比例最大值
...【技術特征摘要】
1.一種確定變壓器繞組區域微導向結構最佳布置位置的方法，其特征在于，包括：
2.根據權利要求1所述的一種確定變壓器繞組區域微導向結構最佳布置位置的方法，其特征在于，所述步驟1中得到的變壓器繞組內油流比例關系式為：
3.根據權利要求1所述的一種確定變壓器繞組區域微導向結構最佳布置位置的方法，其特征在于，所述步驟2中繞組區域二維cfd模型模式設置為steady，求解器設置為pressure-based模式，求解的算法設置為為implicit，由于繞組區域二維cfd模型為軸對稱模型，所以二維空間屬性設置為軸對稱ax...
【專利技術屬性】
技術研發人員：王路伽，祁江浩，梁巧，王世卓，孫夢芝，邱亞博，張建文，
申請(專利權)人：中國礦業大學，
類型：發明
國別省市：
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