油浸式变压器用片式散热器结构优化数值计算研究

【摘要】为了保证社会和工业快速发展，电力系统积极调整能源结构，发展大容量、高参数发电、变电机组，变压器的负载也在逐渐增大。当变压器长期处于过热状态时，电力系统输电损耗会大大增加，严重时还会导致变压器失效，引起严重的电力事故。本文以变压器用片式散热器为研究对象，利用FLUENT软件模拟计算SZ11-240000/220kV型变压器配套的片式散热器PC2500-26/520，遵循单一变量原则，在保持外界空气换热条件、内部入口油速等边界条件下，通过改变不同的片式散热器片组结构计算出不同对照组的散热结果同原型模型的模拟计算结果进行对比分析，包括片数对照组、非均匀油道对照组、上集油管倾斜角度对照组和片肩倾斜角度对照组等。通过对模拟计算得到的片组总散热量、有效散热面积、出口油温和总传热系数等散热相关参数进行综合对比分析，随着片数的增加，片式散热器的总散热量也在逐渐增加，但是增加的效率在逐渐减小，并且片组整体的总传热系数也在逐渐减小；非均匀油道结构无论是大——小——大型结构或是小——大——小型结构都能显著增加片组的总散热量，并且一定程度的降低出口油温，同时还能减少散热总面积，节省材料，但是计算结果还是证明大——小——大II型结构有更好的强化散热能力；当上集油管倾斜角度从0°逐渐增加到5°左右时可以大大增加散热器的各项有效散热参数，超过5°以后，片组的各项有效散热参数都有了显著的下降趋势；片肩倾斜角度达到5°~10°时，片组散热能力有一定程度的加强，但是加强的程度较其他对照组相比仍然比较有限。经过上述对照组各自计算对比分析后，选取各组的优化结构进行片式散热器综合优化结构对比分析计算。在25、26、27片的片数条件下，选取大——小——大II型结构的油道分布结构，并选取上集油管倾斜角度4°、5°、6°和片肩倾斜角度6°、7°、8°、9°分别组合为36种综合优化结构对照组进行进一步计算分析。最终表明：在25片时，上集油管倾斜角为4°、非均匀油道为大——小——大II型、片肩倾角为7°时总散热量达到最大值16720.42W，综合优化后的结构在节省一片散热器片的条件下就能达到原型的散热能力，并且总传热系数也从原型的15.6049W/m2·K增加到18.1830W/m2·K，增加了原型的16.52%；在26片时，上集油管倾斜角为4°、非均匀油道为大——小——大II型、片肩倾角为9°时总散热量达到最大值17989.93W，同原型结构相比增加了1249.553W，增加了原型的7.46%，并且总传热系数也增加到17.4651W/m2·K，增加了原来的11.92%；在27片时，综合优化结构的强化散热能力低于26片时的情况，强化散热效果有限。
【作者】邢云龙；
【导师】金英爱；
【作者基本信息】吉林大学，热能工程，2014，硕士
【关键词】片式散热器；结构优化；FLUENT；数值仿真计算；

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