Диссертация Методика численного расчета нестационарных тепловых полей высоковольтных коммутационных модулей
Методика численного расчета термической стойкости коммутационных модулей
жүктеу/скачать 0,52 Mb.
|
Магистерская. Физика
| Методика численного расчета термической стойкости коммутационных модулей (бета-версия)
. Выбор программного комплекса для расчетов. Расчет проводится в программном комплексе ANSYS CFX версий 14.x и выше. Этот комплекс обеспечивает возможность решения нестационарных нелинейных совместных задач токопрохождения с учетом джоулева нагрева и задач теплообмена с учетом всех типов теплопередачи. . Возможные упрощения. При построении расчётной модели можно не учитывать следующие явления: · излучение во внутренней области вакуумной дугогасительной камеры, · излучение и конвекцию во внутренних полостях коммутационного модуля, · теплообмен коммутационного модуля с окружающим пространством, · тепловыделение в датчике тока. 3. Построение геометрической и конечно элементной модели. Геометрическую модель можно строить, используя средства ANSYS Workbench, или в любой удобной среде (например, Inventor), из которой построенная модель может быть импортирована в ANSYS CFX. Расчетная модель не должна в точности соответствовать реальному аппарату, это соответствовало бы нерациональному увеличению ресурсоемкости расчетов. Например, не следует включать в нее болтовые соединения, оребрение лабиринтной изоляции и т.д. Учитывая сказанное в п.2 методики, не нужно строить сетку во внутренней области вакуумной дугогасительной камеры (вакуум), внутренних воздушных полостях, окружающих ламели гибкого токосъема. Нет необходимости моделировать окружающее воздушное пространство и учитывать наличие соседних полюсов аппарата, как это имеет место при решении задачи нагрева номинальным током. Если заранее известно значение переходного сопротивления электродов вакуумной дугогасительной камеры (используется уже существующая камера), то места реального контакта моделировать не следует, вместо этого нужно задать на всей кажущейся поверхности соприкосновения электродов эквивалентное тепловыделение, как сказано в параграфе 3.4. Если таких сведений нет, то контактное сопротивление определяется исходя из решения механической контактной задачи в приближении холодных контактов [21]. Если в постановке задачи значится определение перегрева различных частей электродов (случай разработки новой вакуумной дугогасительной камеры) с целью определения устойчивости припоя крышки и розетки, а также плавления контактных областей, то необходимо моделировать токопрохождение через контактные пятна - см. параграф 3.4. . Задание свойств материалов. В силу того, что нагрев токоведущей системы осуществляется до значительных температур (порядка 800-1000К), то необходимо учитывать зависимость от температуры электрических и теплофизических свойств материала. Материал изоляции, а также стальные элементы (крышка камеры и сильфон) нагреваются значительно меньше (порядка 400K), то для них температурные зависимости можно не учитывать. . Задание тока и выбор граничных условий. Задается постоянный ток, равный действующему значению установившегося тока короткого замыкания. Апериодическая составляющая не учитывается. Длительность выбирается, исходя из соответствующих декларируемых значений, и лежит в диапазоне 1-4с. Граничные условия задаются в виде адиабатичности всех внешних поверхностей, граничащих с воздушной средой и вакуумом, включая торцевые поверхности верхнего вывода и шины нижнего терминала. . Проведение расчетов. При решении задачи необходимо следить за тем, чтобы баланс тепловой энергии в течение всего решения задачи и баланс электрического потенциала в течение токопрохождения был близок к нулю. Параметр точности решения RMS для данной задачи достаточно выбрать равным 10-4. Временной шаг должен быть выбран исходя из корректного описания зависимости свойств материала от температуры, а также достижения близости к нулю балансов энергии и электрического потенциала. . Анализ результатов расчета. Анализируя результаты решения задачи, построенного в приближении адиабатичности поверхности, мы можем сказать о том, проходит ли аппарат испытание на стойкость к току термической стойкости в самых "жестких" условиях. Это касается только условий на нагрев изоляции, т.к. расчет нагрева элементов токоведущей системы в данном приближении выполнен практически строго. Следует сравнить величины максимальных перегревов частей токоведущей системы и различного типа изоляции с критериальными значениями. Если эти результаты окажутся положительными, следует считать, что стойкость коммутационного аппарата к току термической стойкости обеспечена. В противном случае следует учесть теплообмен с внешними шинами. Для этого нужно знать точные данные по ошиновки при проведении легализационных испытаний. Если результаты снова окажутся отрицательными, то следует определить "проблемные" места конструкции коммутационного аппарата и поставить задачу об их доработке. |
|
|
|
|
|
|
жүктеу/скачать 0,52 Mb.
Достарыңызбен бөлісу: