配电室通风室内温度场分布CFD数值模拟可靠性分析

2017-05-27秦学深

中国科技纵横 2016年22期

秦学深

【摘要】工业生产过程中，配电室内的温度控制对电气设备的安全运行至关重要。尤其是设置有干式变压器的配电室，其运行过程中产生大量的余热，当夏季室外温度较高时，配电室内的通风气流分布情况及电气设备散热问题备受关注，本文采用流体模拟软件Airpak，对典型实例工况环境下配电室内气流组织进行数值模拟计算，并结合实测数据，重点对比分析干式变压器附近温度场空间点相应的数值模拟数据与实测数据的差异度，验证模拟的可靠性。

【关键词】配电室数值模拟温度场分布可靠性分析

配电室内电气设备的正常运转为工业生产提供可靠保证，电气设备在运行时会产生大量热量。为使室内电气设备散发的余热有效地排出，并保证其运行的环境温度低于设备允许最高温度值，通常采用机械通风形式对室内排热降温。因此合理地组织室内空气的流动，能使室内空气的温度、流速和湿度等更好的满足电气设备要求。尤其是在炎热的夏季，若室内空气流动性较差，主要散热设备（如干式变压器）将会由于其设备表面局部温度过高，导致电气设备失灵，给生产造成不可估量的严重后果。

采用CFD数值模拟的方法可以在配电室设计建设完成前，对室内的气流组织进行预见及合理调整，但任何数值模拟会与实际运行工况存在差异，为提高数值模拟在配电室通风设计中的可靠性，利用实际运行中配电室空气参数测量数据对比分析同一空间点的数值模拟计算结果，为今后掌握配电室内温度场数值模拟数据与相应空间点的实测数据差异度及模拟结果可靠性提供依据。

1 模型描述

1.1 几何模型

本文选取某工程的低压配电室作为研究对象，配电室建筑形式、建筑物和设备尺寸等均为已完工建设工程数值，并根据数值模拟的需要作了适当简化。

低压配电室长×宽×高：20m×16m×4.6m，其中该层楼板标高为2.8m。通风方式为机械排风，自然进风。配电室内布置4台额定容量2500kVA干式变压器，散热量为12.45kW/台；Ⅰ类型低压配电柜52台，Ⅱ类型低压配电柜16台，其散热量为0.1kW/台。配电室的平面图及几何模型如图1.1-1及图1.1-2所示。

1.2 理论模型

1.2.1 控制方程

室内的空气运动中满足气体连续方程、动量方程和能量方程。

连续方程：

式中：ρ为流体密度； ui为气体在i方向的速度，t为时间。

动量方程：

式中，p为气体静压；Si为由热源项；为粘性力张量。

能量方程：

式中，h为焓，k为分子导热率；kt为湍流扩散引起的导热率kt= Cpμt/Prt；Sh为体积热源。

1.2.2 湍流模型

（1）室内零方程模型。Chen等人提出一种新的零方程模型用以解决通风空调房间气流组织的数值计算问题，该模型的基本思想是将湍流黏度归结为当地平均速度和长度尺度的函数。即：

（2）RNGk-模型。RNG算法从暂态Navier-Stokes方程得出湍流能量k及其耗散率的RNG湍流模型。即：