27.5kV GIS开关柜三维温度场数值计算与分析

admin · 发表于 2023-10-5 14:36:32

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本文通过数学建模和数值计算的方法对高铁供电系统中的27.5kV GIS 开关柜稳态和短时过载下的三维温度场和气流场进行了数值计算与分析，为研究GIS载流回路在封闭条件下的散热题目提供了理论分析依据。GIS开关柜中的发热和散热是集传导、对流和辐射换热相互耦合的复杂物理过程，需要对其温度场与气流场联合求解。文中基于热传导微分方程、流体运动控制方程及辐射换热方程，建立了GIS开关柜耦合传热的数学模型，并采用标准k-湍流模型和壁函数配合使用的方法处理固体与流体界面的对流换热题目，简化了计算步骤，大大节省了计算机的运算时间和存储空间。计算中，综合考虑了SF6气体热力学参数随温度变化的特性，集肤效应以及邻近效应等多种因素对温升的影响。同时，对接触电阻值和导体电阻值进行了计算，将两者在集肤效应影响下的焦耳损耗作为温度场计算中的热源。数值计算用几何模型以母线室和断路器室为对象分别进行建模，并采用了六面体网格剖分，通过有限容积法对方程进行离散求解，得到了GIS开关柜内稳态和短时过载下三维温度场与气流场的分布，指出了温升最高部位和气体流动规律，并从几何结构、流动和传热机理角度对结果进行了分析。最后，将数值计算结果和温升试验测试值进行了对比，两者基本符合，证明了该方法准确并能够应用到工程设计分析中。

27.5kV GIS开关柜三维温度场数值计算与分析

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