带通风孔开关柜内部凝露数值模拟

刘巍

摘要对带有通风孔的开关柜进行模拟，在开关柜壁面温度变化相同时，研究了不同湿度周期性变化下开关柜内部凝露的情况，当湿度与壁面温度反相位变化时，开关柜内部凝露最为严重；同相位变化时，开关柜内部无凝露现象。

关键词开关柜；凝露；温湿度；数值模拟

开关柜作为配电系统中重要控制设备，其稳定性直接影响着电力系统的正常运行。但柜体常常由于环境潮湿等原因发生凝露造成设备异常，严重时会导致安全事故。开关柜防凝露的措施很多，目前应用最广泛的即在柜体上开通风孔。本文比较了3种不同湿度变化下开关柜内部凝露的情况。

1计算模型

模型如图1所示，带通风孔的开关柜简化成二维腔，其中模型高宽比为2：1，模型右侧部分开口。

2控制方程及边界条件

其中，Yi是组分i的质量分数，s为质量源项，s为能量源项。外界为水蒸气和干空气组成的湿空气，采用压力进出口边界，左壁面温度为323K，右壁面温度周期性变化，其余壁面均绝热。

3计算结果和分析

壁面温度：T=293～303；水蒸气体积含量：0.0185～0.0225，对3种工况A，B，C进行了模拟，研究了48h内3种工况下开关柜内部的凝露。壁面温度以及环境湿度变化曲线如图2所示。

3.1 3种工况下开关柜内流场分布

图3给出了3种工况下计算时刻为12h的流场分布。外界湿空气从下部入口进入，经由温度较高的左壁面，从上部出口流出。由于左右壁面的温差，柜内形成自然对流。3种工况下流场分布相似，说明开关柜内部流动主要受温度条件的影响。同时发现：湿空气在柜体上部形成“涡”，此区域中湿空气在柜内循环流动，而自然对流难以将这部分湿空气排出柜外。

3.2 3种工况下开关柜内冷凝量比较

图4给出了48h内，工况B，C条件下，柜体右侧壁面水蒸气的冷凝速率。而工况A无冷凝。

当壁面温度越低，外界湿度越高时，冷凝速率越大。工况C条件下，柜内冷凝速率更大，冷凝更加严重。在一个周期内，工况B，C的冷凝量分别为2.005g/m3、9.45g/m3。

4结论

1）柜内存在流动死区，即“涡”。若要达到除湿防凝露的最佳效果，应结合其他方式除湿。

2）环境温度较低时，环境湿度越大，开关柜内越容易产生冷凝，而且冷凝速率也越大。工况C下凝露最严重，冷凝量约为工况B的5倍。对于带通风口的开关柜而言，要注意环境温湿度控制。