本發(fā)明涉及油浸式變壓器技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種220kv油浸式變壓器結(jié)構(gòu)、流體多物理場數(shù)值模擬方法及系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

現(xiàn)代經(jīng)濟的迅速發(fā)展對電力的需求日趨上升，作為電力系統(tǒng)的最重要的部分之一，電力變壓器的發(fā)展也面臨諸多挑戰(zhàn)。從全球電力行業(yè)的發(fā)展趨勢來看，高容量、超高容量變壓器是一個主要的發(fā)展方向，超高壓/特高壓輸電在中國已有試運行線路。在新的發(fā)展階段，傳統(tǒng)設(shè)計手段已經(jīng)無法應(yīng)對電力變壓器設(shè)計中的挑戰(zhàn)，需求引入新的技術(shù)手段以改進設(shè)計流程。

目前，現(xiàn)有技術(shù)中對于高容量大型變壓器中繞組的受力情況大多數(shù)為基于對變壓器短路時的電磁場所產(chǎn)生的電磁力進行的分析，很少同時考慮到變壓器內(nèi)部的油流涌動等特性，無法從多物理場角度對大型變壓器內(nèi)部短路時的實際環(huán)境進行模擬還原，無法獲取大型變壓器內(nèi)部的真實短路環(huán)境，從而缺乏有效的對變壓器壽命及運行情況的掌握。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明實施例提供了一種220kv油浸式變壓器結(jié)構(gòu)、流體多物理場數(shù)值模擬方法及系統(tǒng)，解決了現(xiàn)有技術(shù)中對于高容量大型變壓器中繞組的受力情況大多數(shù)為基于對變壓器短路時的電磁場所產(chǎn)生的電磁力進行的分析，很少同時考慮到變壓器內(nèi)部的油流涌動等特性，無法從多物理場角度對大型變壓器內(nèi)部短路時的實際環(huán)境進行模擬還原，無法獲取大型變壓器內(nèi)部的真實短路環(huán)境，從而缺乏有效的對變壓器壽命及運行情況的掌握的技術(shù)問題。

本發(fā)明實施例提供的一種220kv油浸式變壓器結(jié)構(gòu)、流體多物理場數(shù)值模擬方法包括：

對220kv油浸式變壓器進行變壓器幾何模型處理，獲得220kv油浸式變壓器分析模型；

對220kv油浸式變壓器分析模型的繞組進行全六面體網(wǎng)格劃分，并對繞組的每一餅剖分出block，并關(guān)聯(lián)到相關(guān)面上和線上；

對220kv油浸式變壓器分析模型的繞組外的部件進行壁面換熱邊界層網(wǎng)格劃分；

植入udf編寫程序，將短路過程中220kv油浸式變壓器分析模型的各繞組受到的電磁力轉(zhuǎn)化為繞組的運動速度；

通過壓力耦合算法結(jié)合220kv油浸式變壓器分析模型的繞組的運動速度和受力情況計算分析220kv油浸式變壓器分析模型的瞬態(tài)油流涌動情況。

可選地，對220kv油浸式變壓器進行變壓器幾何模型處理，獲得220kv油浸式變壓器分析模型包括：

對220kv油浸式變壓器進行變壓器幾何模型處理，保留變壓器的繞組各餅層之間的窄小孔隙，并將變壓器的翅片簡化成連同的油流通道，獲得220kv油浸式變壓器分析模型。

可選地，對220kv油浸式變壓器分析模型的繞組外的部件進行壁面換熱邊界層網(wǎng)格劃分包括：

對220kv油浸式變壓器分析模型的繞組外的部件通過采用從面網(wǎng)格，到邊界層網(wǎng)格，再到體網(wǎng)格的網(wǎng)格劃分策略進行壁面換熱邊界層網(wǎng)格劃分。

可選地，體網(wǎng)格包括附面層網(wǎng)格和四面體網(wǎng)格。

可選地，udf編寫程序具體包括：

讀入電磁力數(shù)據(jù)并驗證；

線性插值求解瞬時作用力；

求解瞬時加速度；

求解瞬時速度；

加載到運動剛體。

可選地，植入udf編寫程序，將短路過程中220kv油浸式變壓器分析模型的各繞組受到的電磁力轉(zhuǎn)化為繞組的運動速度之后還包括：

對udf編寫程序進行調(diào)試，測試udf編寫程序的算法的正確度以及220kv油浸式變壓器分析模型的繞組的運動區(qū)域網(wǎng)格變形合理度。

本發(fā)明實施例提供的一種220kv油浸式變壓器結(jié)構(gòu)、流體多物理場數(shù)值模擬系統(tǒng)，包括：

模型處理模塊，用于對220kv油浸式變壓器進行變壓器幾何模型處理，獲得220kv油浸式變壓器分析模型；

第一網(wǎng)格劃分模塊，用于對220kv油浸式變壓器分析模型的繞組進行全六面體網(wǎng)格劃分，并對繞組的每一餅剖分出block，并關(guān)聯(lián)到相關(guān)面上和線上；

第二網(wǎng)格劃分模塊，用于對220kv油浸式變壓器分析模型的繞組外的部件進行壁面換熱邊界層網(wǎng)格劃分；

程序植入模塊，用于植入udf編寫程序，將短路過程中220kv油浸式變壓器分析模型的各繞組受到的電磁力轉(zhuǎn)化為繞組的運動速度；

計算分析模塊，用于通過壓力耦合算法結(jié)合220kv油浸式變壓器分析模型的繞組的運動速度和受力情況計算分析220kv油浸式變壓器分析模型的瞬態(tài)油流涌動情況。

可選地，模型處理模塊包括：

模型處理單元，用于對220kv油浸式變壓器進行變壓器幾何模型處理，保留變壓器的繞組各餅層之間的窄小孔隙，并將變壓器的翅片簡化成連同的油流通道，獲得220kv油浸式變壓器分析模型。

可選地，第二網(wǎng)格劃分模塊包括：

網(wǎng)格劃分單元，用于對220kv油浸式變壓器分析模型的繞組外的部件通過采用從面網(wǎng)格，到邊界層網(wǎng)格，再到體網(wǎng)格的網(wǎng)格劃分策略進行壁面換熱邊界層網(wǎng)格劃分。

可選地，還包括：

程序調(diào)試模塊，用于對udf編寫程序進行調(diào)試，測試udf編寫程序的算法的正確度以及220kv油浸式變壓器分析模型的繞組的運動區(qū)域網(wǎng)格變形合理度。

從以上技術(shù)方案可以看出，本發(fā)明實施例具有以下優(yōu)點：

本發(fā)明實施例提供了一種220kv油浸式變壓器結(jié)構(gòu)、流體多物理場數(shù)值模擬方法及系統(tǒng)，包括：對220kv油浸式變壓器進行變壓器幾何模型處理，獲得220kv油浸式變壓器分析模型；對220kv油浸式變壓器分析模型的繞組進行全六面體網(wǎng)格劃分，并對繞組的每一餅剖分出block，并關(guān)聯(lián)到相關(guān)面上和線上；對220kv油浸式變壓器分析模型的繞組外的部件進行壁面換熱邊界層網(wǎng)格劃分；植入udf編寫程序，將短路過程中220kv油浸式變壓器分析模型的各繞組受到的電磁力轉(zhuǎn)化為繞組的運動速度；通過壓力耦合算法結(jié)合220kv油浸式變壓器分析模型的繞組的運動速度和受力情況計算分析220kv油浸式變壓器分析模型的瞬態(tài)油流涌動情況，本發(fā)明實施例中通過建立220kv油浸式變壓器的分析模型，并對模型內(nèi)部在短路情況下的電磁場、結(jié)構(gòu)、流體等多物理場進行數(shù)值模擬后，獲取到在多物理場影響下通過電磁和流體耦合，再現(xiàn)大型變壓器在短路情況下的內(nèi)部的油流涌動特性，解決了現(xiàn)有技術(shù)中對于高容量大型變壓器中繞組的受力情況大多數(shù)為基于對變壓器短路時的電磁場所產(chǎn)生的電磁力進行的分析，很少同時考慮到變壓器內(nèi)部的油流涌動等特性，無法從多物理場角度對大型變壓器內(nèi)部短路時的實際環(huán)境進行模擬還原，無法獲取大型變壓器內(nèi)部的真實短路環(huán)境，從而缺乏有效的對變壓器壽命及運行情況的掌握的技術(shù)問題。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其它的附圖。

圖1為本發(fā)明實施例提供的一種220kv油浸式變壓器結(jié)構(gòu)、流體多物理場數(shù)值模擬方法的一個實施例的流程示意圖；

圖2為本發(fā)明實施例提供的一種220kv油浸式變壓器結(jié)構(gòu)、流體多物理場數(shù)值模擬方法的另一個實施例的流程示意圖；

圖3為本發(fā)明實施例提供的一種220kv油浸式變壓器結(jié)構(gòu)、流體多物理場數(shù)值模擬系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實施方式

本發(fā)明實施例提供了一種220kv油浸式變壓器結(jié)構(gòu)、流體多物理場數(shù)值模擬方法及系統(tǒng)，用于解決了現(xiàn)有技術(shù)中對于高容量大型變壓器中繞組的受力情況大多數(shù)為基于對變壓器短路時的電磁場所產(chǎn)生的電磁力進行的分析，很少同時考慮到變壓器內(nèi)部的油流涌動等特性，無法從多物理場角度對大型變壓器內(nèi)部短路時的實際環(huán)境進行模擬還原，無法獲取大型變壓器內(nèi)部的真實短路環(huán)境，從而缺乏有效的對變壓器壽命及運行情況的掌握的技術(shù)問題。

為使得本發(fā)明的發(fā)明目的、特征、優(yōu)點能夠更加的明顯和易懂，下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進行清楚、完整地描述，顯然，下面所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而非全部的實施例。基于本發(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其它實施例，都屬于本發(fā)明保護的范圍。

請參閱圖1，本發(fā)明實施例提供的一種220kv油浸式變壓器結(jié)構(gòu)、流體多物理場數(shù)值模擬方法的一個實施例包括：

101、對220kv油浸式變壓器進行變壓器幾何模型處理，獲得220kv油浸式變壓器分析模型；

102、對220kv油浸式變壓器分析模型的繞組進行全六面體網(wǎng)格劃分，并對繞組的每一餅剖分出block，并關(guān)聯(lián)到相關(guān)面上和線上；

103、對220kv油浸式變壓器分析模型的繞組外的部件進行壁面換熱邊界層網(wǎng)格劃分；

104、植入udf編寫程序，將短路過程中220kv油浸式變壓器分析模型的各繞組受到的電磁力轉(zhuǎn)化為繞組的運動速度；

105、通過壓力耦合算法結(jié)合220kv油浸式變壓器分析模型的繞組的運動速度和受力情況計算分析220kv油浸式變壓器分析模型的瞬態(tài)油流涌動情況。

本發(fā)明實施例提供了一種220kv油浸式變壓器結(jié)構(gòu)、流體多物理場數(shù)值模擬方法，包括：對220kv油浸式變壓器進行變壓器幾何模型處理，獲得220kv油浸式變壓器分析模型；對220kv油浸式變壓器分析模型的繞組進行全六面體網(wǎng)格劃分，并對繞組的每一餅剖分出block，并關(guān)聯(lián)到相關(guān)面上和線上；對220kv油浸式變壓器分析模型的繞組外的部件進行壁面換熱邊界層網(wǎng)格劃分；植入udf編寫程序，將短路過程中220kv油浸式變壓器分析模型的各繞組受到的電磁力轉(zhuǎn)化為繞組的運動速度；通過壓力耦合算法結(jié)合220kv油浸式變壓器分析模型的繞組的運動速度和受力情況計算分析220kv油浸式變壓器分析模型的瞬態(tài)油流涌動情況，本發(fā)明實施例中通過建立220kv油浸式變壓器的分析模型，并對模型內(nèi)部在短路情況下的電磁場、結(jié)構(gòu)、流體等多物理場進行數(shù)值模擬后，獲取到在多物理場影響下通過電磁和流體耦合，再現(xiàn)大型變壓器在短路情況下的內(nèi)部的油流涌動特性，解決了現(xiàn)有技術(shù)中對于高容量大型變壓器中繞組的受力情況大多數(shù)為基于對變壓器短路時的電磁場所產(chǎn)生的電磁力進行的分析，很少同時考慮到變壓器內(nèi)部的油流涌動等特性，無法從多物理場角度對大型變壓器內(nèi)部短路時的實際環(huán)境進行模擬還原，無法獲取大型變壓器內(nèi)部的真實短路環(huán)境，從而缺乏有效的對變壓器壽命及運行情況的掌握的技術(shù)問題。

請參閱圖2，本發(fā)明實施例提供的一種220kv油浸式變壓器結(jié)構(gòu)、流體多物理場數(shù)值模擬方法的另一個實施例包括：

201、對220kv油浸式變壓器進行變壓器幾何模型處理，保留變壓器的繞組各餅層之間的窄小孔隙，并將變壓器的翅片簡化成連同的油流通道，獲得220kv油浸式變壓器分析模型；

首先，對220kv油浸式變壓器進行變壓器幾何模型處理。變壓器幾何處理，將會除去變壓器里面的線路，加強板筋，以及固定的設(shè)施部件，只保留分析中關(guān)注的主要部件，如鐵芯、繞組、油枕等。其中重點考慮繞組，繞組幾何全部保留，并且為了真實短路引起的繞組動態(tài)破壞，著重保留繞組各餅層之間的窄小孔隙。本次模擬考慮繞組餅之間的微小間隙，假如再考慮繁多的翅片，本次模擬將會有龐大的網(wǎng)格目，這樣會直接導(dǎo)致本次模擬很難開展，因此將翅片簡化成連同的油流通道，以簡化分析模型，從而也大大減少網(wǎng)格的數(shù)目。

202、對220kv油浸式變壓器分析模型的繞組進行全六面體網(wǎng)格劃分，并對繞組的每一餅剖分出block，并關(guān)聯(lián)到相關(guān)面上和線上；

然后，對220kv油浸式變壓器分析模型的繞組進行全六面體網(wǎng)格劃分，并對繞組的每一餅剖分出block，并關(guān)聯(lián)到相關(guān)面上和線上。

203、對220kv油浸式變壓器分析模型的繞組外的部件通過采用從面網(wǎng)格，到邊界層網(wǎng)格，再到體網(wǎng)格的網(wǎng)格劃分策略進行壁面換熱邊界層網(wǎng)格劃分；

其次，在模擬中，壁面換熱邊界層非常重要，這是影響計算結(jié)果準(zhǔn)確性的決定因素之一。尤其換熱管(翅片處)，箱體壁面需要有相應(yīng)的換熱邊界層網(wǎng)格。因此對變壓器除去繞組的其他部件，因此確定采用從面網(wǎng)格，邊界層網(wǎng)格，到體網(wǎng)格的網(wǎng)格劃分策略。

針對壁面規(guī)則程度和壁面換熱的主次性，面網(wǎng)格劃分將采用兩種方法：patchdependent方法和autoblock方法。對于一般不規(guī)則面，或者次要換熱面，采用patchdependent方法劃分；對于規(guī)則面，或者主要換熱面，采用autoblock方法精確劃分。autoblock方法能很好控制網(wǎng)格從橫比和精確撲捉幾何曲率(幾何倒角等)，同時又能保證沿主流動方向和主換熱方向上的網(wǎng)格正交性，這正是沿?fù)Q熱管等內(nèi)壁網(wǎng)格劃分的關(guān)鍵技術(shù)點。保證沿重力方向(軸向方向)網(wǎng)格正交性，和沿內(nèi)外筒面法向(徑向方向)的網(wǎng)格正交性。

體網(wǎng)格分兩種類型網(wǎng)格：附面層網(wǎng)格和四面體。首先，基于面網(wǎng)格生長附面層網(wǎng)格，因為在主換熱區(qū)面網(wǎng)格具有正交性(autoblock方法劃分)，以此為基礎(chǔ)將生成正交性的附面層網(wǎng)格，最后整體生成四面體網(wǎng)格。

此網(wǎng)格劃分策略的優(yōu)點是：1，劃分簡單，生成快速，并且生成的網(wǎng)格質(zhì)量高；2，能精準(zhǔn)地控制換熱壁面附面層網(wǎng)格的首層高度，和附面層網(wǎng)格的增長趨勢，增長厚度，既能滿足溫度邊界層對邊界層網(wǎng)格的要求，又能滿足流動邊界層對邊界層網(wǎng)格的要求，這也是模擬結(jié)果準(zhǔn)確性的又一決定因素；3，能精確捕捉大曲率等復(fù)發(fā)幾何特征；4，易流程化，模塊化，并且由于變壓器主要結(jié)構(gòu)部件基本一致，所以該網(wǎng)格劃分策略易于移植到類似的物理模型上。

204、植入udf編寫程序，將短路過程中220kv油浸式變壓器分析模型的各繞組受到的電磁力轉(zhuǎn)化為繞組的運動速度；

然后，植入udf編寫程序，將短路過程中220kv油浸式變壓器分析模型的各繞組受到的電磁力轉(zhuǎn)化為繞組的運動速度。其中，udf編寫程序具體包括：

讀入電磁力數(shù)據(jù)并驗證；

線性插值求解瞬時作用力；

求解瞬時加速度；

求解瞬時速度；

加載到運動剛體。

另外，繞組在冷卻油高速運動過程中受到冷卻油阻力作用，阻力大小與繞組運動速度有關(guān)，采用compute_force_and_moment求解該阻力。

205、對udf編寫程序進行調(diào)試，測試udf編寫程序的算法的正確度以及220kv油浸式變壓器分析模型的繞組的運動區(qū)域網(wǎng)格變形合理度；

在植入udf編寫程序之后，需要對udf編寫程序進行調(diào)試，測試udf編寫程序的算法的正確度以及220kv油浸式變壓器分析模型的繞組的運動區(qū)域網(wǎng)格變形合理度。測試的目的主要為：1、測試udf算法是否正確，因為模型比較大，需要采用并行計算。在并行計算中，udf編寫需要慎用疊加語句。因為在并行計算中，每個運動區(qū)域都會分區(qū)計算，所以在每個分割的單區(qū)域在同一時間內(nèi)速度需要保持一致。因此在每個分隔區(qū)域內(nèi)疊加語句需要保持同一疊加次數(shù)，才能保證速度一致，否則各并行分割區(qū)域速度不一致，繞組運動將會出現(xiàn)混亂和錯位，計算就會終止；2、測試運動區(qū)域網(wǎng)格變形合理，因為繞組受力在某一時間段內(nèi)是連續(xù)的，那么速度要是隨之變化的，所以在此過程中，不同速度下對網(wǎng)格的變形是有相應(yīng)的要求的，測試的目的就是保證繞組整個運動時間內(nèi)，網(wǎng)格生長和消亡都能順利進行。網(wǎng)格生長和消亡能否順利進行是決定整個瞬態(tài)油流涌動仿真是否順利進行。

206、通過壓力耦合算法結(jié)合220kv油浸式變壓器分析模型的繞組的運動速度和受力情況計算分析220kv油浸式變壓器分析模型的瞬態(tài)油流涌動情況。

最后，在ansys電力變壓器分析仿真中通過壓力耦合算法結(jié)合220kv油浸式變壓器分析模型的繞組的運動速度和受力情況計算分析220kv油浸式變壓器分析模型的瞬態(tài)油流涌動情況。

以上為對本發(fā)明實施例提供的一種220kv油浸式變壓器結(jié)構(gòu)、流體多物理場數(shù)值模擬方法的另一個實施例的詳細描述，以下將對本發(fā)明實施例提供的一種220kv油浸式變壓器結(jié)構(gòu)、流體多物理場數(shù)值模擬系統(tǒng)進行詳細描述。

請參閱圖3，本發(fā)明實施例提供的一種220kv油浸式變壓器結(jié)構(gòu)、流體多物理場數(shù)值模擬系統(tǒng)包括：

模型處理模塊301，用于對220kv油浸式變壓器進行變壓器幾何模型處理，獲得220kv油浸式變壓器分析模型；模型處理模塊301包括：

模型處理單元3011，用于對220kv油浸式變壓器進行變壓器幾何模型處理，保留變壓器的繞組各餅層之間的窄小孔隙，并將變壓器的翅片簡化成連同的油流通道，獲得220kv油浸式變壓器分析模型。

第一網(wǎng)格劃分模塊302，用于對220kv油浸式變壓器分析模型的繞組進行全六面體網(wǎng)格劃分，并對繞組的每一餅剖分出block，并關(guān)聯(lián)到相關(guān)面上和線上；

第二網(wǎng)格劃分模塊303，用于對220kv油浸式變壓器分析模型的繞組外的部件進行壁面換熱邊界層網(wǎng)格劃分；第二網(wǎng)格劃分模塊303包括：

網(wǎng)格劃分單元3031，用于對220kv油浸式變壓器分析模型的繞組外的部件通過采用從面網(wǎng)格，到邊界層網(wǎng)格，再到體網(wǎng)格的網(wǎng)格劃分策略進行壁面換熱邊界層網(wǎng)格劃分。

程序植入模塊304，用于植入udf編寫程序，將短路過程中220kv油浸式變壓器分析模型的各繞組受到的電磁力轉(zhuǎn)化為繞組的運動速度；

程序調(diào)試模塊305，用于對udf編寫程序進行調(diào)試，測試udf編寫程序的算法的正確度以及220kv油浸式變壓器分析模型的繞組的運動區(qū)域網(wǎng)格變形合理度。

計算分析模塊306，用于通過壓力耦合算法結(jié)合220kv油浸式變壓器分析模型的繞組的運動速度和受力情況計算分析220kv油浸式變壓器分析模型的瞬態(tài)油流涌動情況。

所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員可以清楚地了解到，為描述的方便和簡潔，上述描述的系統(tǒng)，裝置和單元的具體工作過程，可以參考前述方法實施例中的對應(yīng)過程，在此不再贅述。

以上所述，以上實施例僅用以說明本發(fā)明的技術(shù)方案，而非對其限制；盡管參照前述實施例對本發(fā)明進行了詳細的說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解：其依然可以對前述各實施例所記載的技術(shù)方案進行修改，或者對其中部分技術(shù)特征進行等同替換；而這些修改或者替換，并不使相應(yīng)技術(shù)方案的本質(zhì)脫離本發(fā)明各實施例技術(shù)方案的精神和范圍。