مدلسازی و شبیه سازی جریان و انتقال حرارت در ترانسفورماتورهای توزیع

در این پایان نامه جریان و انتقال حرارت روغن درون یک ترانسفورماتور توزیع 50 کیلوولت آمپر از نوع روغن طبیعی - هوا طبیعی، شبیه سازی می شود. شبیه سازی شامل سه گام عمده مدل‏سازی هندسی، تولید شبکه و حل جریان در حالت سه بعدی است. ترانس مورد مطالعه به روش جابجایی آزاد با هوای محیط، جابجایی واداشته به واسطه وزش باد در فضای آزاد و تبادل حرارت تشعشع با محیط اطراف خنک می‏شود. درمدلسازی هندسه ترانس حتی الامکان، جزییات مهم در انتقال حرارت و جریان روغن مبتنی بر شرایط واقعی در نظر گرفته می شود. جهت کاهش هزینه محاسبات، از مرزهای تقارن استفاده شده و فقط یک چهارم از کل ترانس درشبیه سازی در نظرگرفته می شود. سعی می شود یک شبکه محاسباتی با کمترین تعداد سلول وبهترین کیفیت ممکن تولید شود که چنین هندسه‏ای را در برگیرد. تولید شبکه محاسباتی با استفاده از نرم افزار گمبیت انجام می شود. شرایط مرزی با دقت در نظرگرفته می شود تا بهترین شرایط در هر مورد به دست آید. ضرایب انتقال حرارت جابجایی خارجی، با در نظرگرفتن شرایط واقعیِ جریان هوا در اطراف ترانس و از نتایج حل عددی آن بدست می آید. این ضرایب، جهت اعمال شرایط مرزی گرمایی مناسب برای حل مدل اصلی ترانس، بکار برده می شود. رژیم جریان آرام و حالت پایدار است. معادلات حاکم بر مسئله به روش عددی حجم محدود و با استفاده از نرم افزار فلوئنت حل می شود. نتایج شبیه سازی با نتایج آزمایش های تجربی روی یک ترانس مشابه مقایسه می شود و مشخص می شود که دقت حل، مطلوب است. شبیه سازی برای حالت های بار و شرایط محیطی مختلف تکرار می شود ونتایج شبیه سازی به شکل توزیع دما و الگوی جریان روغن، ارایه می شود. نتایج نشان می‏دهد که به دلیل لایه بندی گرمایی ناشی از اثرات شناوری، نیمه بالایی ترانس- از یوغ بالایی هسته تا درپوش- نسبت به نیمه پایینی آن داغ‏تراست و حرکت روغن بیشتر در این ناحیه متمرکز می‏شود. روغن در نیمه پایینی ساکن و سرد است. نقش فین‏های توخالی در انتقال حرارت از ترانس بررسی می شود. نتایج نشان می دهد که حدود 70 درصد ازحرارت تولیدی از طریق این فینها به بیرون ترانس منتقل می‏شود، بنابراین تغییر در هندسه این فین ها یکی از روش های بهبود خنک کاری ترانس است. اثر وجود کانالهای خنک کاری در میان سیم پیچ ها، بر الگوی جریان و انتقال حرارت ازبخش های داخلی ترانس بررسی می شود. الگوی جریان روغن در سطوح بار پایین با سطوح بار بالا مقایسه می شود و مشخص می شود که نسبت اتلافات آهنی به اتلافات مسی در هریک از این شرایط، نقش مهمی در الگوی جریان دارد.