CN117574795A - 变压器电磁温度流体多物理场间接耦合计算方法及系统 - Google Patents
变压器电磁温度流体多物理场间接耦合计算方法及系统 Download PDFInfo
- Publication number
- CN117574795A CN117574795A CN202311403180.3A CN202311403180A CN117574795A CN 117574795 A CN117574795 A CN 117574795A CN 202311403180 A CN202311403180 A CN 202311403180A CN 117574795 A CN117574795 A CN 117574795A
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- fluid
- transformer
- field
- temperature
- electromagnetic
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Pending
Links
- 239000012530 fluid Substances 0.000 title claims abstract description 166
- 230000008878 coupling Effects 0.000 title claims abstract description 53
- 238000010168 coupling process Methods 0.000 title claims abstract description 53
- 238000005859 coupling reaction Methods 0.000 title claims abstract description 53
- 238000004364 calculation method Methods 0.000 title claims abstract description 50
- 238000000034 method Methods 0.000 claims abstract description 46
- 238000004088 simulation Methods 0.000 claims abstract description 28
- 238000004458 analytical method Methods 0.000 claims abstract description 20
- 239000000463 material Substances 0.000 claims abstract description 17
- 230000005672 electromagnetic field Effects 0.000 claims abstract description 15
- 239000002184 metal Substances 0.000 claims abstract description 13
- 238000009826 distribution Methods 0.000 claims description 20
- 238000004590 computer program Methods 0.000 claims description 19
- 238000003860 storage Methods 0.000 claims description 9
- 230000008859 change Effects 0.000 claims description 7
- 230000009471 action Effects 0.000 claims description 3
- 239000004020 conductor Substances 0.000 claims description 3
- 238000006073 displacement reaction Methods 0.000 claims description 3
- 230000006698 induction Effects 0.000 claims description 3
- 230000035699 permeability Effects 0.000 claims description 3
- 238000012544 monitoring process Methods 0.000 abstract description 3
- 238000013461 design Methods 0.000 description 9
- 238000010586 diagram Methods 0.000 description 9
- 238000005457 optimization Methods 0.000 description 8
- 238000004891 communication Methods 0.000 description 5
- 230000006870 function Effects 0.000 description 5
- 238000012986 modification Methods 0.000 description 5
- 230000004048 modification Effects 0.000 description 5
- 238000004422 calculation algorithm Methods 0.000 description 4
- 230000000694 effects Effects 0.000 description 4
- 238000002474 experimental method Methods 0.000 description 4
- 230000008569 process Effects 0.000 description 4
- 238000012545 processing Methods 0.000 description 4
- 230000009286 beneficial effect Effects 0.000 description 3
- 238000001816 cooling Methods 0.000 description 3
- 230000017525 heat dissipation Effects 0.000 description 3
- 238000013178 mathematical model Methods 0.000 description 3
- 238000005259 measurement Methods 0.000 description 3
- 238000000691 measurement method Methods 0.000 description 3
- 230000001808 coupling effect Effects 0.000 description 2
- 230000006378 damage Effects 0.000 description 2
- 238000005516 engineering process Methods 0.000 description 2
- 230000006872 improvement Effects 0.000 description 2
- 239000011810 insulating material Substances 0.000 description 2
- 238000004519 manufacturing process Methods 0.000 description 2
- 230000003044 adaptive effect Effects 0.000 description 1
- 230000004075 alteration Effects 0.000 description 1
- 238000013459 approach Methods 0.000 description 1
- 230000006399 behavior Effects 0.000 description 1
- 230000008901 benefit Effects 0.000 description 1
- 230000000052 comparative effect Effects 0.000 description 1
- 238000005094 computer simulation Methods 0.000 description 1
- 238000003745 diagnosis Methods 0.000 description 1
- 230000005684 electric field Effects 0.000 description 1
- 238000004134 energy conservation Methods 0.000 description 1
- 230000007613 environmental effect Effects 0.000 description 1
- 230000005284 excitation Effects 0.000 description 1
- 238000011900 installation process Methods 0.000 description 1
- 239000012774 insulation material Substances 0.000 description 1
- 230000003993 interaction Effects 0.000 description 1
- 239000004973 liquid crystal related substance Substances 0.000 description 1
- 230000003287 optical effect Effects 0.000 description 1
- 230000002035 prolonged effect Effects 0.000 description 1
- 238000004445 quantitative analysis Methods 0.000 description 1
- 230000005855 radiation Effects 0.000 description 1
- 238000012932 thermodynamic analysis Methods 0.000 description 1
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F30/00—Computer-aided design [CAD]
- G06F30/20—Design optimisation, verification or simulation
- G06F30/28—Design optimisation, verification or simulation using fluid dynamics, e.g. using Navier-Stokes equations or computational fluid dynamics [CFD]
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2113/00—Details relating to the application field
- G06F2113/08—Fluids
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
- G06F2119/08—Thermal analysis or thermal optimisation
-
- G—PHYSICS
- G06—COMPUTING; CALCULATING OR COUNTING
- G06F—ELECTRIC DIGITAL DATA PROCESSING
- G06F2119/00—Details relating to the type or aim of the analysis or the optimisation
- G06F2119/14—Force analysis or force optimisation, e.g. static or dynamic forces
-
- Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
- Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
- Y02E—REDUCTION OF GREENHOUSE GAS [GHG] EMISSIONS, RELATED TO ENERGY GENERATION, TRANSMISSION OR DISTRIBUTION
- Y02E60/00—Enabling technologies; Technologies with a potential or indirect contribution to GHG emissions mitigation
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Physics & Mathematics (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Theoretical Computer Science (AREA)
- Mathematical Physics (AREA)
- Fluid Mechanics (AREA)
- Mathematical Analysis (AREA)
- Mathematical Optimization (AREA)
- Computing Systems (AREA)
- Pure & Applied Mathematics (AREA)
- Computer Hardware Design (AREA)
- Evolutionary Computation (AREA)
- Geometry (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Algebra (AREA)
- Management, Administration, Business Operations System, And Electronic Commerce (AREA)
Abstract
本发明公开了变压器电磁温度流体多物理场间接耦合计算方法及系统包括，获取变压器几何参数以及材料参数数据，建立变压器内部的电磁模型；根据电磁模型分析变压器内部金属结构件和箱体上的杂散损耗，将分析的结果加载至变压器的温度流体场仿真分析中，建立流体温度场模型；预设流体温度场求解的判断条件，进行流体温度场模型求解，完成变压器电磁温度流体多物理场间接耦合计算。该方法能够综合考虑电磁场、温度场和流体场的相互影响，提高了变压器温度监测的准确性和可靠性，同时避免了破坏变压器外壳和受到电磁干扰的影响。
Description
技术领域
本发明涉及变压器电磁温度流体多物理场间接耦合计算技术领域，尤其涉及变压器电磁温度流体多物理场间接耦合计算方法及系统。
背景技术
在电力系统中，变压器是重要的设备之一，其运行状态直接影响到电力系统的稳定性和可靠性。然而，变压器的运行状态受到多种因素的影响，其中温度是重要的因素之一。为了确保变压器的正常运行，需要对变压器的温度进行监测和控制。
现有的变压器温度监测方法主要包括直接测量法和间接测量法。直接测量法是通过在变压器内部安装温度传感器来直接测量变压器内部的温度。然而，这种方法需要破坏变压器的外壳，安装过程复杂，而且传感器可能会受到电磁干扰的影响。
间接测量法是通过分析变压器的电磁模型来预测变压器的温度。这种方法不需要破坏变压器的外壳，但是需要建立准确的电磁模型，并且需要考虑多种因素的影响，如电流、电压、环境温度等。
发明内容
本部分的目的在于概述本发明的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和发明名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和发明名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本发明的范围。
鉴于上述现有存在的问题，提出了本发明。
因此，本发明提供了变压器电磁温度流体多物理场间接耦合计算方法及系统，能够解决背景技术中提到的问题。
为解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案，变压器电磁温度流体多物理场间接耦合计算方法，包括：
获取变压器几何参数以及材料参数数据，建立变压器内部的电磁模型；
根据所述电磁模型分析变压器内部金属结构件和箱体上的杂散损耗，将分析的结果加载至变压器的温度流体场仿真分析中，建立流体温度场模型；
预设流体温度场求解的判断条件，进行流体温度场模型求解，完成变压器电磁温度流体多物理场间接耦合计算。
作为本发明所述的变压器电磁温度流体多物理场间接耦合计算方法的一种优选方案，其中：所述预设流体温度场求解的判断条件包括：流体场求解的判断条件以及温度场求解的判断条件；
所述流体场求解的判断条件为判断仿真求解变量的流体动能残差是否小于10的负4次方；
所述温度场求解的判断条件为判断仿真求解变量的温度动能残差是否小于10的负4次方；
流体运动影响变压器内温度场分布，而温度变化又反过来影响变压器油材料属性，进而影响油流流动；
变压器温度场和流体场采用直接耦合的方式进行求解，循环迭代计算完成之后获得变压器各区域的温度场与流体场分布。
作为本发明所述的变压器电磁温度流体多物理场间接耦合计算方法的一种优选方案，其中：所述建立变压器内部的电磁模型包括：
其中，A为矢量磁位，B为磁感应强度，H为磁场强度，为标量电位，▽为哈密顿算子，u为磁导率，E为电磁场，t为时间。
作为本发明所述的变压器电磁温度流体多物理场间接耦合计算方法的一种优选方案，其中：所述建立变压器内部的电磁模型还包括：
引入库伦规范并忽略位移电流的影响，则电磁场定解问题在导体涡流区和非涡流区的完整描述如下所示：
其中，б为电导率，Ω1为涡流区，其中存在导电介质而无源电流；Ω2为非涡流区，其中包含给定的源电流，即源电流密度Js不为0。
作为本发明所述的变压器电磁温度流体多物理场间接耦合计算方法的一种优选方案，其中：所述建立流体温度场模型包括：
其中，▽为哈密顿算子；t为时间量；v为流体速度矢量；为流体密度，kg/m3。
作为本发明所述的变压器电磁温度流体多物理场间接耦合计算方法的一种优选方案，其中：所述建立流体温度场模型还包括：
其中，p为流体压强，Pa；f为单位体积流体受到的外力，N/m3；η为流体的动力粘度，kg/(m·s)。
作为本发明所述的变压器电磁温度流体多物理场间接耦合计算方法的一种优选方案，其中：所述建立流体温度场模型还包括：
其中，T为流体温度，K；cp为流体比热容，J/(kg·K)；k为流体热导率，W/(m·K)；Φ为流体内热源；Sh流体粘性力作用下流体机械能转换为热能的部分。
变压器电磁温度流体多物理场间接耦合计算系统，其特征在于，包括：第一模型建立模块、第二模型建立模块以及耦合计算模块，
第一模型建立模块，所述第一模型建立模块用于获取变压器几何参数以及材料参数数据，建立变压器内部的电磁模型；
第二模型建立模块，所述第二模型建立模块用于根据所述电磁模型分析变压器内部金属结构件和箱体上的杂散损耗，将分析的结果加载至变压器的温度流体场仿真分析中，建立流体温度场模型；
耦合计算模块，所述耦合计算模块用于预设流体温度场求解的判断条件，进行流体温度场模型求解，完成变压器电磁温度流体多物理场间接耦合计算。
一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现如上所述的方法的步骤。
一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的方法的步骤。
本发明的有益效果：本发明提出变压器电磁温度流体多物理场间接耦合计算方法及系统，获取变压器几何参数以及材料参数数据，建立变压器内部的电磁模型；根据所述电磁模型分析变压器内部金属结构件和箱体上的杂散损耗，将分析的结果加载至变压器的温度流体场仿真分析中，建立流体温度场模型；预设流体温度场求解的判断条件，进行流体温度场模型求解，完成变压器电磁温度流体多物理场间接耦合计算。该方法能够综合考虑电磁场、温度场和流体场的相互影响，提高了变压器温度监测的准确性和可靠性，同时避免了破坏变压器外壳和受到电磁干扰的影响。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例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。其中：
图1为本发明一个实施例提供的变压器电磁温度流体多物理场间接耦合计算方法及系统的方法流程图；
图2为本发明一个实施例提供的变压器电磁温度流体多物理场间接耦合计算方法及系统的计算机设备的内部结构图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合说明书附图对本发明的具体实施方式做详细的说明，显然所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明的保护的范围。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。
其次，此处所称的“一个实施例”或“实施例”是指可包含于本发明至少一个实现方式中的特定特征、结构或特性。在本说明书中不同地方出现的“在一个实施例中”并非均指同一个实施例，也不是单独的或选择性的与其他实施例互相排斥的实施例。
本发明结合示意图进行详细描述，在详述本发明实施例时，为便于说明，表示器件结构的剖面图会不依一般比例作局部放大，而且所述示意图只是示例，其在此不应限制本发明保护的范围。此外，在实际制作中应包含长度、宽度及深度的三维空间尺寸。
同时在本发明的描述中，需要说明的是，术语中的“上、下、内和外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一、第二或第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明中除非另有明确的规定和限定，术语“安装、相连、连接”应做广义理解，例如：可以是固定连接、可拆卸连接或一体式连接；同样可以是机械连接、电连接或直接连接，也可以通过中间媒介间接相连，也可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
实施例1
参照图1-2，为本发明的第一个实施例，该实施例提供了变压器电磁温度流体多物理场间接耦合计算方法及系统，包括：
获取变压器几何参数以及材料参数数据，建立变压器内部的电磁模型；
其中，建立变压器内部的电磁模型包括：
其中，A为矢量磁位，B为磁感应强度，H为磁场强度，为标量电位，
▽为哈密顿算子，u为磁导率，E为电磁场，t为时间。
更进一步的，引入库伦规范并忽略位移电流的影响，则电磁场定解问题在导体涡流区和非涡流区的完整描述如下所示：
其中，б为电导率，Ω1为涡流区，其中存在导电介质而无源电流；Ω2为非涡流区，其中包含给定的源电流，即源电流密度Js不为0。
在一个可选的实施例中，考虑变压器的实际结构，将其分解为若干个二维平面问题，通过引入边界条件和初始条件，可以求解出电磁场在时间和空间上的分布情况。
在具体计算过程中，可以采用有限元法或者有限差分法等数值计算方法，对电磁场进行离散化处理，将偏微分方程转化为线性方程组进行求解。同时，为了考虑变压器的实际材料特性和几何形状，需要对变压器进行网格剖分和边界条件的设置。
应说明的是，通过计算得到的电磁场分布数据，可以进一步分析变压器的电气性能、损耗、温升等问题，为变压器的设计、优化和故障诊断提供理论依据和实践指导。
更进一步的，根据电磁模型分析变压器内部金属结构件和箱体上的杂散损耗，将分析的结果加载至变压器的温度流体场仿真分析中，建立流体温度场模型；
其中，建立流体温度场模型包括：
其中，▽为哈密顿算子；t为时间量；v为流体速度矢量；为流体密度，kg/m3。
更进一步的，建立流体温度场模型还包括：
其中，p为流体压强，Pa；f为单位体积流体受到的外力，N/m3；η为流体的动力粘度，kg/(m·s)。
更进一步的，建立流体温度场模型还包括：
其中，T为流体温度，K；cp为流体比热容，J/(kg·K)；k为流体热导率，W/(m·K)；Φ为流体内热源；Sh流体粘性力作用下流体机械能转换为热能的部分。
应说明的是，基于变压器温度流体场模型，可得出流体温度分布以及各部分金属结构的温度变化情况，从而对变压器内部的热损耗进行定量分析，为变压器的设计和优化提供依据。
应说明的是，根据流体温度场模型，可以得出变压器箱体表面温度分布图，从而对变压器箱体材料及结构进行优化，提高变压器的散热性能。
应说明的是，根据流体温度场模型，还可以得出变压器内部金属结构件上的温度分布图，从而对变压器内部金属结构件的材料及结构进行优化，提高变压器的机械强度和热稳定性。
更进一步的，根据流体温度场模型，可以得出变压器内部金属结构件和箱体上的杂散损耗的分布情况，从而优化变压器的设计，提高其效率和使用寿命。
应说明的是，可以通过流体温度场模型对变压器进行动态仿真分析，模拟变压器在不同工况下的温度变化情况，从而预测变压器在不同情况下的性能表现，为变压器的优化设计提供更多依据。
应说明的是，可以通过流体温度场模型对变压器的冷却系统进行优化设计，提高变压器的散热性能和热稳定性。可以通过模型分析不同冷却方案下的温度分布情况，从而选择最佳的冷却方案。
应说明的是，可以通过流体温度场模型对变压器内部的绝缘材料进行优化设计，提高其耐热性能和使用寿命。可以通过模型分析不同绝缘材料在不同温度下的性能表现，从而选择最佳的绝缘材料。
综上所述，通过建立变压器温度流体场模型，可以对变压器的性能进行全面分析和优化设计，提高其效率、散热性能、机械强度和热稳定性等关键指标，为电力系统的稳定运行提供有力保障。
更进一步的，预设流体温度场求解的判断条件，进行流体温度场模型求解，完成变压器电磁温度流体多物理场间接耦合计算。
其中，预设流体温度场求解的判断条件包括：流体场求解的判断条件以及温度场求解的判断条件；
流体场求解的判断条件为判断仿真求解变量的流体动能残差是否小于10的负4次方；
温度场求解的判断条件为判断仿真求解变量的温度动能残差是否小于10的负4次方；
流体运动影响变压器内温度场分布，而温度变化又反过来影响变压器油材料属性，进而影响油流流动；
变压器温度场和流体场采用直接耦合的方式进行求解，循环迭代计算完成之后获得变压器各区域的温度场与流体场分布。
在一个可选的实施例中，还可以根据变压器的工作状态和环境因素，对预设流体温度场求解的判断条件进行一些修改和优化。比如，可以考虑增加判断仿真求解变量的压力动能残差是否小于10的负4次方，以更好地模拟变压器在工作时的压力场分布。同时，还可以根据实际需要，对温度场和流体场的求解算法进行一些改进和优化，以提高计算效率和准确性。
在一个可选的实施例中，在实现预设流体温度场求解的判断条件时，可以采用一些常见的仿真软件如ANSYS、FLUENT等来进行模拟计算。这些软件都具有强大的流体动力学和热力学分析功能，可以很好地满足的需求。首先需要设置好仿真模型，包括变压器的结构、材料属性、初始条件等，然后进行仿真计算。在计算过程中，需要不断地监控仿真求解变量的残差，以判断流体场和温度场的求解是否收敛。当收敛条件满足时，就可以结束计算，获得变压器各区域的温度场与流体场分布。
通过这种方式，可以更加准确地模拟和预测变压器在工作时的温度场和流体场分布，从而更好地评估变压器的性能和安全性。同时，还可以根据需要对变压器进行优化设计，以提高其性能和可靠性。
应说明的是，除了以上提到的判断条件和求解方法，还可以从以下几个方面进行优化和改进：
1.考虑非稳态效应：在某些情况下，变压器内的温度场和流体场分布会随时间发生变化，因此在仿真计算时需要考虑非稳态效应。可以通过在仿真模型中引入时间变量，考虑随时间变化的边界条件和热力学过程，以更准确地模拟变压器在实际运行中的情况。
2.增加多物理场耦合：除了温度场和流体场之外，变压器还涉及到其他物理场，如电场、磁场等。这些物理场之间存在相互影响和耦合作用，因此在仿真计算时需要考虑多物理场耦合。可以通过在仿真模型中引入多个物理场，并考虑它们之间的相互作用和影响，以更准确地模拟变压器在实际运行中的多物理场耦合效应。
3.改进求解算法：针对变压器温度场和流体场的求解，可以进一步改进求解算法，以提高计算效率和准确性。例如，可以采用隐式求解算法，以处理复杂边界条件和高效计算；可以采用并行计算技术，以提高计算速度和效率；可以采用自适应网格技术，以更好地适应变压器内部复杂几何形状和流动特征。
4.结合实际测量数据：为了验证仿真结果的准确性和可靠性，可以结合实际测量数据进行分析。可以通过在变压器内部布置温度传感器、流量计等装置，获取实际运行中的温度、流量等数据，并将其与仿真结果进行对比和分析，以验证仿真模型的准确性和可信度。
综上所述，通过综合考虑判断条件、求解方法和优化改进措施，可以更准确地模拟和预测变压器在工作时的温度场和流体场分布，从而更好地评估变压器的性能和安全性，为变压器的优化设计和实际运行提供重要的支持和指导。
在一个优选的实施例中，变压器电磁温度流体多物理场间接耦合计算系统，包括：第一模型建立模块、第二模型建立模块以及耦合计算模块，
第一模型建立模块，第一模型建立模块用于获取变压器几何参数以及材料参数数据，建立变压器内部的电磁模型；
第二模型建立模块，第二模型建立模块用于根据电磁模型分析变压器内部金属结构件和箱体上的杂散损耗，将分析的结果加载至变压器的温度流体场仿真分析中，建立流体温度场模型；
耦合计算模块，耦合计算模块用于预设流体温度场求解的判断条件，进行流体温度场模型求解，完成变压器电磁温度流体多物理场间接耦合计算。
上述各单元模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。
在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图2所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、通信接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的通信接口用于与外部的终端进行有线或无线方式的通信，无线方式可通过WIFI、运营商网络、NFC(近场通信)或其他技术实现。该计算机程序被处理器执行时以实现变压器电磁温度流体多物理场间接耦合计算方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。
在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：
获取变压器几何参数以及材料参数数据，建立变压器内部的电磁模型；
根据电磁模型分析变压器内部金属结构件和箱体上的杂散损耗，将分析的结果加载至变压器的温度流体场仿真分析中，建立流体温度场模型；
预设流体温度场求解的判断条件，进行流体温度场模型求解，完成变压器电磁温度流体多物理场间接耦合计算。
实施例2
参照图1-2，为本发明的一个实施例，提供了变压器电磁温度流体多物理场间接耦合计算方法及系统，为了验证本发明的有益效果，通过对比实验进行科学论证。
本申请实施例中，还可以将方法拆分为以下步骤：
步骤1：建立变压器电磁场的数学模型，该模型考虑变压器的几何形状、材料属性、激励条件等因素。
步骤2：建立变压器温度场的数学模型，该模型考虑变压器的热传导、对流、辐射等因素。
步骤3：建立变压器流体场的数学模型，该模型考虑流体的质量守恒、动量守恒、能量守恒等因素。
步骤4：将电磁场、温度场、流体场模型进行间接耦合，采用迭代方式求解各物理场的数值解。
步骤5：通过实验验证本发明方法的有效性和精度。
为了验证本发明的有益效果，通过对比实验进行科学论证。实验结果表明，本发明的方法可以更准确地预测变压器的电磁场、温度场和流体场的分布情况，并且可以有效地降低计算时间和内存消耗。相比传统的方法，本发明的方法具有更高的计算效率和精度，可以为变压器设计和优化提供更加可靠的理论依据和技术支持。
对比实验结果表明，使用本发明方法进行变压器电磁温度流体多物理场计算，相比传统方法具有更高的计算效率和精度。具体来说，本发明的计算方法通过间接耦合的方式，将电磁场、温度场、流体场模型进行耦合求解，可以更准确地预测各物理场的分布情况，并且可以有效地降低计算时间和内存消耗。相比传统的方法，本发明的计算方法具有更高的计算效率和精度，可以为变压器设计和优化提供更加可靠的理论依据和技术支持。
此外，本发明的计算方法还可以应用于其他类似的多物理场问题中，如电机、发电机、流体机械等领域。通过本发明的方法，可以更准确地预测这些设备的性能和行为，提高设备的设计和优化效率。
综上所述，本发明提供的变压器电磁温度流体多物理场间接耦合计算方法及系统，具有更高的计算效率和精度，可以为变压器设计和优化提供更加可靠的理论依据和技术支持。同时，本发明的方法还可以应用于其他类似的多物理场问题中，具有广泛的应用前景和推广价值。
应说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照较佳实施例对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神和范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。
Claims (10)
1.变压器电磁温度流体多物理场间接耦合计算方法，其特征在于，包括：
获取变压器几何参数以及材料参数数据，建立变压器内部的电磁模型；
根据所述电磁模型分析变压器内部金属结构件和箱体上的杂散损耗，将分析的结果加载至变压器的温度流体场仿真分析中，建立流体温度场模型；
预设流体温度场求解的判断条件，进行流体温度场模型求解，完成变压器电磁温度流体多物理场间接耦合计算。
2.如权利要求1所述的变压器电磁温度流体多物理场间接耦合计算方法，其特征在于，所述预设流体温度场求解的判断条件包括：流体场求解的判断条件以及温度场求解的判断条件；
所述流体场求解的判断条件为判断仿真求解变量的流体动能残差是否小于10的负4次方；
所述温度场求解的判断条件为判断仿真求解变量的温度动能残差是否小于10的负4次方；
流体运动影响变压器内温度场分布，而温度变化又反过来影响变压器油材料属性，进而影响油流流动；
变压器温度场和流体场采用直接耦合的方式进行求解，循环迭代计算完成之后获得变压器各区域的温度场与流体场分布。
3.如权利要求2所述的变压器电磁温度流体多物理场间接耦合计算方法，其特征在于，所述建立变压器内部的电磁模型包括：
其中，A为矢量磁位，B为磁感应强度，H为磁场强度，为标量电位，▽为哈密顿算子，u为磁导率，E为电磁场，t为时间。
4.如权利要求3所述的变压器电磁温度流体多物理场间接耦合计算方法，其特征在于，所述建立变压器内部的电磁模型还包括：
引入库伦规范并忽略位移电流的影响，则电磁场定解问题在导体涡流区和非涡流区的完整描述如下所示：
其中，б为电导率，Ω1为涡流区，其中存在导电介质而无源电流；Ω2为非涡流区，其中包含给定的源电流，即源电流密度Js不为0。
5.如权利要求4所述的变压器电磁温度流体多物理场间接耦合计算方法，其特征在于，所述建立流体温度场模型包括：
其中，为哈密顿算子；t为时间量；v为流体速度矢量；/>为流体密度，kg/m3。
6.如权利要求5所述的变压器电磁温度流体多物理场间接耦合计算方法，其特征在于，所述建立流体温度场模型还包括：
其中，p为流体压强，Pa；f为单位体积流体受到的外力，N/m3；η为流体的动力粘度，kg/(m·s)。
7.如权利要求6所述的变压器电磁温度流体多物理场间接耦合计算方法，其特征在于，所述建立流体温度场模型还包括：
其中，T为流体温度，K；cp为流体比热容，J/(kg·K)；k为流体热导率，W/(m·K)；Φ为流体内热源；Sh流体粘性力作用下流体机械能转换为热能的部分。
8.变压器电磁温度流体多物理场间接耦合计算系统，其特征在于，包括：第一模型建立模块、第二模型建立模块以及耦合计算模块，
第一模型建立模块，所述第一模型建立模块用于获取变压器几何参数以及材料参数数据，建立变压器内部的电磁模型；
第二模型建立模块，所述第二模型建立模块用于根据所述电磁模型分析变压器内部金属结构件和箱体上的杂散损耗，将分析的结果加载至变压器的温度流体场仿真分析中，建立流体温度场模型；
耦合计算模块，所述耦合计算模块用于预设流体温度场求解的判断条件，进行流体温度场模型求解，完成变压器电磁温度流体多物理场间接耦合计算。
9.一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，其特征在于，所述处理器执行所述计算机程序时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至7中任一项所述的方法的步骤。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311403180.3A CN117574795A (zh) | 2023-10-26 | 2023-10-26 | 变压器电磁温度流体多物理场间接耦合计算方法及系统 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN202311403180.3A CN117574795A (zh) | 2023-10-26 | 2023-10-26 | 变压器电磁温度流体多物理场间接耦合计算方法及系统 |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN117574795A true CN117574795A (zh) | 2024-02-20 |
Family
ID=89892617
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN202311403180.3A Pending CN117574795A (zh) | 2023-10-26 | 2023-10-26 | 变压器电磁温度流体多物理场间接耦合计算方法及系统 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN117574795A (zh) |
-
2023
- 2023-10-26 CN CN202311403180.3A patent/CN117574795A/zh active Pending
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| Tamain et al. | The TOKAM3X code for edge turbulence fluid simulations of tokamak plasmas in versatile magnetic geometries | |
| Li et al. | Optimization for liquid cooling cylindrical battery thermal management system based on Gaussian process model | |
| Gräbner et al. | Numerical methods for parametric model reduction in the simulation of disk brake squeal | |
| Wang et al. | Interval analysis of steady-state heat convection–diffusion problem with uncertain-but-bounded parameters | |
| JP5286623B2 (ja) | 高周波焼入れシミュレーション装置 | |
| CN107561397A (zh) | Gis触头系统的电接触状态检测方法和系统 | |
| CN112347687A (zh) | 一种自适应自由度电磁-温度多物理场耦合分析方法 | |
| Chen et al. | MHD effects and heat transfer analysis in magneto-thermo-fluid-structure coupled field in DCLL blanket | |
| Feng et al. | Further validation of liquid metal MHD code for unstructured grid based on OpenFOAM | |
| Liu et al. | Numerical study of MHD mixed convection under volumetric heat source in vertical square duct with wall effects | |
| CN117574795A (zh) | 变压器电磁温度流体多物理场间接耦合计算方法及系统 | |
| Laidoudi et al. | High-power density induction machines with increased windings temperature | |
| Yu et al. | Adaptive first-crossing approach for life-cycle reliability analysis | |
| CN111143979B (zh) | 存储器、盆式绝缘子热力学模型构建方法、装置和设备 | |
| Tesfahunegn et al. | Dynamic current distribution in the electrodes of submerged arc furnace using scalar and vector potentials | |
| CN115422808A (zh) | 一种基于Krylov子空间的变压器温度场模型降阶方法 | |
| CN113378489A (zh) | 基于OpenFOAM平台的低磁雷诺数磁流体湍流分析系统及分析方法 | |
| Lv et al. | Hybrid modelling for real-time prediction of the sulphur content during ladle furnace steel refining with embedding prior knowledge | |
| REYNOLDS | Toward computational models of arc dynamics in silicon smelters | |
| JP6086344B2 (ja) | 熱処理のシミュレーションプログラム | |
| McGee et al. | Power losses in steel pipe delivering very large currents | |
| Brimmo et al. | Modeling the electrical contact resistance at steel–carbon interfaces | |
| Sparta et al. | Electrical Conditions in Submerged Arc Furnaces: A Web-Based Simulator | |
| Pericleous et al. | Pseudo-spectral solutions for fluid flow and heat transfer in electro-metallurgical applications | |
| Quinn | Modelling anisotropic viscosity with applications in the solar corona |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination |