CN107368638A

CN107368638A - 一种牵引电机变压器多物理场数值模拟方法及装置

Info

Publication number: CN107368638A
Application number: CN201710557503.2A
Authority: CN
Inventors: 李德波; 邓剑华
Original assignee: Guangdong Electric Power Design Institute; Electric Power Research Institute of Guangdong Power Grid Co Ltd
Current assignee: Guangdong Electric Power Design Institute
Priority date: 2017-07-10
Filing date: 2017-07-10
Publication date: 2017-11-21

Abstract

本发明实施例公开了一种牵引电机变压器多物理场数值模拟方法，包括：获取到网格划分后的变压器模型，根据预置变压器参数建立变压器的湍流模型，并对网格划分后的变压器模型进行网格合并，得到合并后的变压器模型，再对湍流模型和合并后的变压器模型进行交界面设置操作，得到操作后的变压器模型；获取到变压器各部件的材料参数、热源参数、油箱入口边界速度、油箱压出口边界速度、空气对流参数，根据变压器各部件的材料参数、热源参数、油箱入口边界速度、油箱压出口边界速度、空气对流参数对操作后的变压器模型进行参数设置，得到设置后的变压器模型；通过预置求解器根据预置收敛准则对设置后的变压器模型进行温度场的计算。

Description

一种牵引电机变压器多物理场数值模拟方法及装置

技术领域

本发明涉及变压器领域，尤其涉及一种牵引电机变压器多物理场数值模拟方法及装置。

背景技术

机车牵引变压器是交流电力机车上的一个重要部件，用来把接触网上取得的25KV高压电压变换为供给牵引电机及其他电机、电器工作所适合的电压，其工作原理和普通电力变压器相同。

目前，尚未有对牵引电机变压器进行温度场计算的完整方法。

因此，提供一种牵引电机变压器多物理场数值模拟方法及装置，为变压器开展多物理场耦合数值模拟奠定基础。

发明内容

本发明实施例提供了一种牵引电机变压器多物理场数值模拟方法及装置，为变压器开展多物理场耦合数值模拟奠定基础。

本发明实施例提供了一种牵引电机变压器多物理场数值模拟方法，包括：

S1：获取到网格划分后的变压器模型，根据预置变压器参数建立变压器的湍流模型，并对网格划分后的变压器模型进行网格合并，得到合并后的变压器模型，再对湍流模型和合并后的变压器模型进行交界面设置操作，得到操作后的变压器模型；

S2：获取到变压器各部件的材料参数、热源参数、油箱入口边界速度、油箱压出口边界速度、空气对流参数，根据变压器各部件的材料参数、热源参数、油箱入口边界速度、油箱压出口边界速度、空气对流参数对操作后的变压器模型进行参数设置，得到设置后的变压器模型；

S3：通过预置求解器根据预置收敛准则对设置后的变压器模型进行温度场的计算。

优选地，S1之前还包括：

S0：获取到简化变压器模型，对简化变压器模型进行网格划分，得到网格划分后的变压器模型。

优选地，S0之前还包括：

S00：建立变压器模型，对变压器模型进行简化处理，得到简化变压器模型。

优选地，步骤S3之前还包括：

对设置后的变压器模型进行初始化操作。

优选地，本发明实施例还提供了一种牵引电机变压器多物理场数值模拟装置，包括：

操作单元，用于获取到网格划分后的变压器模型，根据预置变压器参数建立变压器的湍流模型，并对网格划分后的变压器模型进行网格合并，得到合并后的变压器模型，再对湍流模型和合并后的变压器模型进行交界面设置操作，得到操作后的变压器模型；

设置单元，用于获取到变压器各部件的材料参数、热源参数、油箱入口边界速度、油箱压出口边界速度、空气对流参数，根据变压器各部件的材料参数、热源参数、油箱入口边界速度、油箱压出口边界速度、空气对流参数对操作后的变压器模型进行参数设置，得到设置后的变压器模型；

计算单元，用于通过预置求解器根据预置收敛准则对设置后的变压器模型进行温度场的计算。

优选地，本发明实施例提供的一种牵引电机变压器多物理场数值模拟装置，还包括：

划分单元，用于获取到简化变压器模型，对简化变压器模型进行网格划分，得到网格划分后的变压器模型。

简化单元，用于建立变压器模型，对变压器模型进行简化处理，得到简化变压器模型。

初始化单元，用于对设置后的变压器模型进行初始化操作。

从以上技术方案可以看出，本发明实施例具有以下优点：

本发明实施例提供了一种牵引电机变压器多物理场数值模拟方法及装置，其中，该方法包括：S1：获取到网格划分后的变压器模型，根据预置变压器参数建立变压器的湍流模型，并对网格划分后的变压器模型进行网格合并，得到合并后的变压器模型，再对湍流模型和合并后的变压器模型进行交界面设置操作，得到操作后的变压器模型；S2：获取到变压器各部件的材料参数、热源参数、油箱入口边界速度、油箱压出口边界速度、空气对流参数，根据变压器各部件的材料参数、热源参数、油箱入口边界速度、油箱压出口边界速度、空气对流参数对操作后的变压器模型进行参数设置，得到设置后的变压器模型；S3：通过预置求解器根据预置收敛准则对设置后的变压器模型进行温度场的计算。本发明实施例提供了牵引电机变压器多物理场数值模拟方法及装置，为变压器开展多物理场耦合数值模拟奠定基础。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为本发明实施例提供的一种牵引电机变压器多物理场数值模拟方法的流程示意图；

图2为本发明实施例提供的一种牵引电机变压器多物理场数值模拟方法的另一流程示意图；

图3为本发明实施例提供的一种牵引电机变压器多物理场数值模拟装置的结构示意图；

图4为变压器温度场数值仿真计算流程图；

图5为整体计算模型示意图；

图6为待简化部分模型示意图；

图7为部分模型简化示意；

图8为线圈分块图；

图9为线圈网格旋转复制效果图；

图10为计算域中流体块和边界的定义示意图；

图11为湍流模型的FLUENT设置示意图；

图12为计算域层流类型的FLUENT设置示意图；

图13为合并网格的设置示意图；

图14为网格转化的设置示意图；

图15为固体与流体之间的交界面设置示意图；

图16为能量方程的设置示意图；

图17为固体和流体的材料设置示意图；

图18为输入热源损耗设置示意图；

图19为速度入口边界条件设置示意图；

图20为outlet1压力出口条件的设置示意图；

图21为outlet2压力出口条件的设置示意图；

图22为重力选项的设置示意图；

图23为油箱外壳的对流条件设置示意图；

图24为网格的Check结果示意图；

图25为求解器的设置示意图；

图26为收敛准则的设置示意图；

图27为初始化设置示意图；

图28为计算步数的设置示意图；

图29为变压器入口静压分布云图；

图30为X＝0剖面位置示意图；

图31为X＝0剖面位置示意图；

图32为Y＝N剖面位置示意图；

图33为Y＝1.775剖面速度矢量图；

图34为X＝0剖面速度矢量图。

具体实施方式

为使得本发明的发明目的、特征、优点能够更加的明显和易懂，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，下面所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而非全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1，本发明实施例提供的一种牵引电机变压器多物理场数值模拟方法的一个实施例，包括：

101、获取到网格划分后的变压器模型，根据预置变压器参数建立变压器的湍流模型，并对网格划分后的变压器模型进行网格合并，得到合并后的变压器模型，再对湍流模型和合并后的变压器模型进行交界面设置操作，得到操作后的变压器模型；

102、获取到变压器各部件的材料参数、热源参数、油箱入口边界速度、油箱压出口边界速度、空气对流参数，根据变压器各部件的材料参数、热源参数、油箱入口边界速度、油箱压出口边界速度、空气对流参数对操作后的变压器模型进行参数设置，得到设置后的变压器模型；

103、通过预置求解器根据预置收敛准则对设置后的变压器模型进行温度场的计算。

本发明实施例提供了一种牵引电机变压器多物理场数值模拟方法，为变压器开展多物理场耦合数值模拟奠定基础。

请参阅图2，本发明实施例提供的一种牵引电机变压器多物理场数值模拟方法的另一个实施例，包括：

201、建立变压器模型，对变压器模型进行简化处理，得到简化变压器模型；

202、获取到简化变压器模型，对简化变压器模型进行网格划分，得到网格划分后的变压器模型；

203、获取到网格划分后的变压器模型，根据预置变压器参数建立变压器的湍流模型，并对网格划分后的变压器模型进行网格合并，得到合并后的变压器模型，再对湍流模型和合并后的变压器模型进行交界面设置操作，得到操作后的变压器模型；

204、获取到变压器各部件的材料参数、热源参数、油箱入口边界速度、油箱压出口边界速度、空气对流参数，根据变压器各部件的材料参数、热源参数、油箱入口边界速度、油箱压出口边界速度、空气对流参数对操作后的变压器模型进行参数设置，得到设置后的变压器模型；

205、对设置后的变压器模型进行初始化操作；

206、通过预置求解器根据预置收敛准则对设置后的变压器模型进行温度场的计算。

上面是对一种牵引电机变压器多物理场数值模拟方法进行的详细说明，为便于理解，下面将以一具体应用场景对一种牵引电机变压器多物理场数值模拟方法的应用进行说明，应用例包括：

以牵引电机变压器为研究对象进行温度场计算，并完成变压器的简化建模和温度场计算方法的建立，该方法要求同时兼顾计算效率和计算精度，并在仿真中实现电磁场和流场的耦合分析。具体计算工况如表1所示。

表1计算条件基本情况

仿真计算包括两种工况，这两种工况除了热源和低压线圈绝缘筒外壳形状以外其他边界条件都一致。其中，工况1中所施加的热源是按体积均匀分布的，在一定区域内的功率密度是常数，其热源功率总数与变压器整体发热功率相当；而工况2中施加的热源则是非均匀分布，直接来自电磁仿真的模拟结果，在一定区域内的功率密度根据位置的变化而变化。这两部分的结果将分别与实验值进行对比。

模型的整体处理流程图如图4所示，包括：

1、模型简化

变压器的温度场计算，既涉及到变压器油的流动，也涉及到热量在线圈和其他结构部件之间的传递，属于流-固共轭换热分析。在变压器流场仿真计算中，需要在保证计算精度的前提下对模型做一些合理的简化，从而控制仿真分析的计算规模，简化对象的选取是依据具体结构对温度场计算的影响程度来决定的。

本次计算的油浸式变压器主要包括铜线、撑条、绝缘筒、垫片、挡油板、铁芯、金属夹件、连接件和油箱外壳等，主要发热源为三个铜线圈、金属夹件、铁芯和油箱外壳。三个线圈为规则件，其发热功率占总发热功率的95％以上，因此线圈部分的散热效果对整个变压器的散热至关重要，尽量按真实情况建模。同时为了保证模型的对称性，油箱两端出口中面需移至对称面中心处。下表2中列出了各个部分构件的简化策略。

表2物理模型的简化

为减少计算规模，本次计算仅考虑实际变压器模型的1/2，即仅选用一侧的模型进行仿真分析。简化后的物理模型如图5所示。

2、模型处理

本应用例提供的几何模型只有固体部分，还需要在前处理中建立计算时所包含的流体域。

对整体模型进行处理时，首先需要根据材料和用途的不同对所有固体进行分块，不同材料属性和不同用途的固体要单独成体，如铜线和绝缘筒，一个是有热源，一个没有发热，因此要单独成体；其次，材料和发热属性基本一致的区域，可以合并，如油箱外壳和夹件；最后，流体域是与结构域互补的，在定义了整体的计算域和固体域后，流体域也确定了。

为了控制流体域的网格划分规模，在不影响计算精度的前提下，需对固体域进行部分处理。包括按材料分块，去除倒角，局部对齐，形状简化等，待简化模型和简化后的部分模型分别如图6和图7所示。

3、网格划分

虽然现有模型是实际变压器整体模型的1/2，但是对这个1/2模型进行整体网格划分，仍然是非常困难的，所以应采用分块网格划分的方法。先对现有模型进行分块，分别划分网格，并在划分网格的同时，一方面定义好对应边界，为接下来设置边界条件做好准备；一方面定义好分块的交界面，即 interface，以保证在导入FLUENT中以后，可以设置交界面，完成非正则网格之间界面的定义。

整体模型的分块原则主要分三类，第一类是根据计算域的属性来分块，如计算域中同时存在静止区域与旋转区域，就可以根据域的运动特性，分为静域和动域两块，分别划分网格；第二类是根据计算域的几何复杂程度来分块，如果一个区域中存在多种不规则的几何，可以将这些几何划分为不同的块，分别划分网格，或者区域中存在一类不规则的几何，而剩下部分都是规则的，就可以因此将区域划分为规则部分和不规则部分，分别处理；第三类是根据计算域的几何的划分尺度来分块，如几何尺寸相比周围几何要小很多的情况下，一般会单独分块来处理。

本次模型的分块是基于第二个原则来进行处理的，即模型按其规则程度来分块。其中，铜线、撑条、绝缘筒和垫片等虽数量繁多，但形状规则，接触关系简单明了，且在周向方向具有周期性特点，因此归于一类；而油箱外壳、夹件、铁轭绝缘等部件形状繁琐且接触关系复杂，因此归于另一类。

本次网格划分的工具采用ICME CFD，基于对网格数量的控制和流场计算精度的提高，对于较为简单的那部分区域尽量采用六面体网格划分，而对于生成六面体网格比较困难的区域，则采用四面体网格。在ICEM CFD中，可以采用BLOCK的划分方法对模型进行切割分块，生成六面体网格。

在进行具体网格划分操作时，需注意如下几个问题：

1)由于三个线圈的几何形状相互不一致，如果采用BLOCK方法对其进行统一划分，会造成BLOCK块过分零碎而不好控制，因此本次网格划分采用分块划分，将线圈分为三个不同的子块来分别进行划分。分别连接三个线圈的是两个厚度较小的绝缘筒，由于绝缘筒表面接触关系复杂，因此选择绝缘筒的中面作为分块的交界面，线圈结构就被两个绝缘筒的中心面分为了三个子块。此外，由于线圈两端与其它结构件的接触关系过于复杂，因此在线圈上下两端各截去一部分区域采用四面体网格划分方式，其余的部分采用 BLOCK方法进行六面体网格划分。如图8所示，即为线圈截断后并在不同线圈间添加交界面分块的效果图。

2)线圈中的铜线及其周围的绝缘部件除了几何形状规则和接触关系简单外，在圆周方向上还具有周期特性，因此在对线圈部分进行六面体网格划分时，可充分利用这一特性。首先用ICEM CFD中的BLOCK方法切分出其中一个周期的块，在定义好各个分块名称和网格节点分布后，采用旋转复制方法，得到整个线圈周期内的BLOCK结构，然后修正关联关系，得到线圈部分的六面体网格，然后生成mesh即可。图9为1/16线圈六面体网格旋转复制后的效果图。

3)在选择交界面时，要充分考虑网格划分的便利性和经济性，在对四面体网格划分工作无影响的前提下，最大程度的方便六面体网格划分。在划分交界面时，应综合考虑两侧区域的物相，如果交界面两侧的任一边是固体，则需要在交界面上设置温度耦合(coupled wall)；如果两侧均为流体，则直接粘合即可；如果交界面两侧既有固体域，又有流体域，就需要在交界面上按不同的区域分片，分别进行粘合。在本次计算模型中，交界面两侧的固体和流体区域物性都是一致的，因此只需要根据材料属性不同对交界面进行分片，然后再做粘合处理。

4)交界面的方法可以使复杂的模型能分块进行网格划分，但对交界面上的网格有一定的要求，由于交界面将整体区域划分为多个子域，而子域之间的网格通过在交界面上进行插值来实现连接。因此，两边在交界面上的网格尺度不可以相差太大，量级比较接近即可。

5)划分网格的同时还需要定义好区域和边界，这样在网格导入FLUENT 中，这些区域和边界会自动生成，如图10所示。

4、边界条件

4.1湍流模型

对于本次计算，变压器内为单一流体，变压器油从入口进入到小油箱，后经小油箱底部进入整流孔整流，然后流入线圈的流道，随后从线圈另一端流出进入大油箱，然后从两端的出口流出。由于计算的变压器模型只有一个入口，根据其参数可计算出入口雷诺数。

根据入口雷诺数可以判断，变压器内流动为湍流。在FLUENT里，可供选择的湍流模型有很多，最常用的是k-ε模型。标准k-ε模型有较高的稳定性，经济性和计算精度，应用范围广泛，适合高雷诺数的湍流，但不适合旋流等各向异性较强的流动；RNG k-ε模型适用于计算低雷诺数湍流，比标准模型更好地考虑了旋转效应，对强旋流动计算精度有所提高；Realizable k-ε模型较前两种k-ε模型的优点是Realizable k-ε模型对于湍流粘性有连续性约束，可以保持雷诺应力与真实湍流一致，能够更精确地模拟平面和圆形射流的扩散速度，在旋流计算，对带方向压强梯度的边界层计算和分离流计算等问题中，计算结果更符合真实情况，同时在分离流计算和带二次流的复杂流动计算中也表现出色。针对本次计算，由于流动本身属于低速流动，且线圈流道内的流动速度更小，入口流动要考虑圆形射流的扩散，此外k-ε模型和其它模型相比，对计算资源的消耗较少，也更容易收敛。因此综合考虑，本次计算选择 Realizable k-ε模型比较合理的。

在FLUENT中，对湍流模型的设置如图11所示。

此外，由于在线圈整体流道中，流体流动速度较小，直接使用湍流模式不太合适，因此，对于这部分区域进行计算的时候需要当作层流区域处理，在对线圈内部流道的cellzone condition定义时选择laminar zone选项。在 FLUENT中，对计算域类型的设置如图12所示。

4.2交界面的生成

基于之前对变压器模型的分块处理，现在需要在FLUENT中合并分块的网格,即将分别单独生成的分块网格文件整合为一个文件，导入的方法如图13所示。

在导入所有网格之后，FLUENT还提供了网格优化的功能，可以将四面体网格转化为多面体网格，在保证网格质量的同时，尽可能减少网格数量，同时还能减小交界面两侧网格尺度差异。但网格转化的成功与否取决于模型的复杂程度和转换前的网格质量，具体设置如图14所示。

在网格合并和转化完成后，就可以在FLUENT中进行交界面设置，具体的设置如图15所示。设置交界面可以保证不同分块的网格在计算域中相互连接，由于交界面两边的网格不会完全一样，因此计算程序会通过插值的方式联系两边的网格，使通量信息在交界面两侧可以相互传递。在设置交界面时，如果有一侧是固体，那么必须设置交界面为CoupledWall，以保证两侧温度耦合；如果两侧均为流体，则不需要此项设置。

4.3输入条件

在温度场的计算中，需要执行的操作包括打开能量方程，材料特性，热阻损耗，流体的入口流量。

1)由于计算域中涉及到温度场的计算，所以需要打开能量方程。具体设置如图16所示。

2)建立模型中涉及到的所有材料，如水和空气等常用材料可以从 FLUENT自带的材料库中读取，其它自定义的材料则需要在FLUENT中定义。温度场的计算涉及到的材料属性包括密度，比热容和热传导率，对于流体，除了这三个参数之外，还有粘性，而实际上材料属性和温度也有关，这里不考虑材料的温度特性，是因为在这个计算模型的温度变化范围内，流体的材料属性变化较小，因此设为常数。固体的属性则取常温下的属性。具体设置如图17所示。

本次计算中采用的材料物性如表3所示。

表3计算域材料物性表

3)本次温度场计算分为两种工况。

工况1中，损耗值作为原始输入条件，在初始计算时作为均布常数值输入，具体数值如表4所示。

表4损耗输入列表

在FLUENT中，均布热源的设置如图18所示。

工况2中，线圈中的损耗分布通过与已有ansoft分析结果数据耦合得到，所需的ansoft电磁计算结果由用户提供。其中，硅钢损耗约为和夹件及油箱的损耗保持不变，仍为均布常数值输入(具体耦合方法见后文)。

4)对于油箱系统，需要分别设置入口和出口边界条件，这里的入口处需要设置速度入口，而出口处则根据运行条件不同分别需要设置压力出口。同时，本次计算考虑到重力的影响，因此须添加重力作用选项。

在FLUENT中，速度入口边界条件的设置如图19所示。压力出口边界条件的设置如图20、图21所示。

本次计算中，重力方向在Z向，因此需施加一个-Z方向的重力加速度。重力设置选项如图22所示。

5)油冷的同时，模型也考虑了和周围环境的空气对流效应，其中和外界空气接触的是油箱外壳，环境温度设为18℃，油箱外壳的对流换热系数根据经验取为7W/m2K。具体设置如图23所示。

6)在完成所有设置之后，可以对网格进行检查，以确定如边界条件及 interface等设置是否合理。网格信息检查反馈结果如图24所示。

仿真计算中，所有需要设置的边界条件如表5所示。

表5边界条件

4.4求解设置

在完成边界条件的设置以后，需要对求解器进行设置，具体设置如图25所示。其中大部分求解参数保持默认值，在设置求解器时，需注意离散格式的选择。一般流体问题在计算时不会直接采用二阶精度，而是先采用一阶精度计算到一个初期的场，因为一阶格式比二阶迎风格式容易收敛，但精度较差。查看一阶精度的结果后，可以在确保一阶精度收敛的前提下，换用二阶格式来提高计算的精度。对于温度场的计算，一般在模型建立完成后，首先计算流场信息，并查看流场结果，如果流场计算收敛，同时结果也比较合理时，才将温度场并入模型一起计算。

4.5收敛准则和初始化

变压器模型的收敛准则设置如图26所示。从图中可以看出，收敛量分别包括连续性方程，动量方程和能量方程，由于这里采用了k-ε模型，因此收敛准则包括了k和ε的收敛，k代表湍流动能，ε代表湍流耗散率。一般收敛值的选择根据经验来确定，对于一般问题，物理量的收敛准则在0.001即可。在实际计算过程中，可适当调低残差收敛值，以求得到精度更高的仿真结果。对于精度要求比较高的模型计算，在无法完全满足收敛准则的时候，可以选择监测关注部分的温度，如果温度在迭代的过程中变化很小，则可以认为计算已经收敛。当算例收敛出现困难时，还可以通过调整松弛因子来改善其收敛性。

在开始计算之前，需要对模型进行初始化，具体设置如图27。流场的初始化对流场的收敛过程会有一定的影响，因此可以选用不同的初始化方式分别计算，并通过收敛曲线来决定初始化方式的选择。对于这个模型，这里选用标准的初始化方法。

完成初始化以后，设定计算的最大步数，即可开始计算，如图28所示。

根据用户提供的边界条件信息，变压器系统的入口油流速度为52.62m³/h，来流温度为39.3℃，入口位置位于重力方向下端；出口处outlet1的压力为 2000Pa，outlet2的压力为1000Pa，出口位置位于重力方向上端；油箱外壁和环境的对流换热系数为7W/m²K；各线圈周围均有绝缘纸外包，其材料属性和厚度均由用户提供。

为了研究不同发热功率对油箱系统造成的影响，在不改变流体流动条件的情况下，分别计算不同热源分布情况下各工况的流场。其中，工况1是为了研究油箱入口到出口的油流温差，验证变压器整体的散热效果；工况2是为了研究变压器内各线圈在非均布情况下的温度场。两个工况除热源分布不同外，其他条件均一致，因此先计算得到变压器系统内的稳定流场后，再以得到的流场作为初始场进行计算。

5、变压器流场

单独进行流场计算时，不需要考虑和温度相关的条件。对于流场计算结果，主要考察流动信息与实验值的对比。其中，入口静压分布如图29所示。

由于变压器内计算域较多，且流动特性复杂程度不一，因此在查看结果时，通过查看选取的特征剖面信息来分析系统内流动和温度分布情况。在本次计算中，线圈模型轴线为y轴，X＝0剖面为模型整体在重力方向经过轴线的剖面，z＝0是整体模型在水平方向经过轴线的剖面，y＝0.5等剖面为线圈等区域沿轴线方向的等分剖面，温度场中剖面定义与流场计算中一致。各特征剖面的位置如图30、图31、图32所示。

说明：图32中剖面位置Y坐标值从右到左依次为0，0.5，1，1.5和1.755，其中Y＝1.775剖面位于下铁轭绝缘中部。

在流体进入各线圈流道之前，流体进入油箱后先经整流孔进行整流，然后流经下铁轭绝缘后进入到线圈流道中，因此流体在下铁轭绝缘处的流动分布直接影响各线圈流道的流量和流速。图33为位于下铁轭绝缘中部的 Y＝1.775剖面速度矢量分布图。

从图33中可以看出，速度较大的区域基本位于整流孔流出位置附近，其中速度最大处是由于整流孔下游被线圈固体部分遮挡，导致当地流动截面积变小，流速增加。

变压器系统内流体与散热关系最大的区域是各线圈内流道，因此如图34所示，以X＝0剖面和Z＝0剖面作为特征面来对比两种工况下的流动特性。其中，X＝0剖面涉及到入口处整流油箱，当地最大速度较大，而线圈流道内流体流速普遍较小，所以在对X＝0剖面进行速度矢量图显示时，速度范围最大值被限制为2m/s，以求更加清楚的显示出线圈内流道中的流动特性。

请参阅图3，本发明实施例提供的一种牵引电机变压器多物理场数值模拟装置的一个实施例，包括：

简化单元301，用于建立变压器模型，对变压器模型进行简化处理，得到简化变压器模型；

划分单元302，用于获取到简化变压器模型，对简化变压器模型进行网格划分，得到网格划分后的变压器模型；

操作单元303，用于获取到网格划分后的变压器模型，根据预置变压器参数建立变压器的湍流模型，并对网格划分后的变压器模型进行网格合并，得到合并后的变压器模型，再对湍流模型和合并后的变压器模型进行交界面设置操作，得到操作后的变压器模型；

设置单元304，用于获取到变压器各部件的材料参数、热源参数、油箱入口边界速度、油箱压出口边界速度、空气对流参数，根据变压器各部件的材料参数、热源参数、油箱入口边界速度、油箱压出口边界速度、空气对流参数对操作后的变压器模型进行参数设置，得到设置后的变压器模型；

初始化单元305，用于对设置后的变压器模型进行初始化操作；

计算单元306，用于通过预置求解器根据预置收敛准则对设置后的变压器模型进行温度场的计算。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，上述描述的系统，装置和单元的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不再赘述。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统，装置和方法，可以通过其它的方式实现。例如，以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，例如多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本发明各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。上述集成的单元既可以采用硬件的形式实现，也可以采用软件功能单元的形式实现。

所述集成的单元如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的全部或部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

以上所述，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种牵引电机变压器多物理场数值模拟方法，其特征在于，包括：

2.根据权利要求1所述的牵引电机变压器多物理场数值模拟方法，其特征在于，S1之前还包括：

3.根据权利要求2所述的牵引电机变压器多物理场数值模拟方法，其特征在于，S0之前还包括：

4.根据权利要求1所述的牵引电机变压器多物理场数值模拟方法，其特征在于，步骤S3之前还包括：

对设置后的变压器模型进行初始化操作。

5.一种牵引电机变压器多物理场数值模拟装置，其特征在于，包括：

6.根据权利要求5所述的牵引电机变压器多物理场数值模拟装置，其特征在于，还包括：

7.根据权利要求6所述的牵引电机变压器多物理场数值模拟装置，其特征在于，还包括：

8.根据权利要求5所述的牵引电机变压器多物理场数值模拟装置，其特征在于，还包括：

初始化单元，用于对设置后的变压器模型进行初始化操作。