Одаренко Юрій Миколайович. Розвиток методів подібності при теплообміні в охолоджуючих каналах обмоток трансформаторів для удосконалення їх теплового захисту

brief description

Одаренко Юрій Миколайович. Розвиток методів подібності при теплообміні в охолоджуючих каналах обмоток трансформаторів для удосконалення їх теплового захисту : Дис... канд. наук: 05.14.06 2007

Одаренко Ю.М. Розвиток методів подібності при теплообміні в охолоджуючих каналах обмоток трансформаторів для удосконалення їх теплового захисту. Рукопис.
Дисертація на здобуття наукового ступеня кандидата технічних наук за спеціальністю 05.14.06 «Технічна теплофізика та промислова теплотехніка». Дніпродзержинський державний технічний університет, м. Дніпродзержинськ, 2007.
У роботі приведені результати досліджень гідродинаміки та теплообміну при змушеному руху охолоджуючої рідини в каналах обмоток із напрямними перегородками у вигляді поправочних коефіцієнтів впливу параметрів нестандартних колекторів на розміщені у них стандартні коефіцієнти гідравлічних опорів, коефіцієнтів нестандартних гідравлічних опорів та локальних крітеріальних рівнянь тепловіддачі поверхні обмоток.
Розроблені чисельні моделі гідродинаміки та теплообміну ламінарних зон каналів досліджених обмоток та методики обробки результатів чисельного моделювання.
Розроблений термогідравлічний одномірний метод розрахунку гідравлічних опорів та температурних полів обмоток із напрямними перегородками, на основі отриманих результатів дослідження та класичних рівнянь гідродинаміки та теплообміну.
Проведено порівняння результатів розрахунку розробленим методом із експериментальними даними, отриманими на натурних фізичних моделях та з іншими результатами розрахунку на основі методів із відомої літератури.
Дані рекомендації для конструювання цих обмоток із точки зору їх теплових параметрів.

У дисертації вирішена важлива науково-технічна задача по вдосконаленню теплового захисту обмоток з напрямними перегородками трансформаторів при спрямованій циркуляції охолоджувальної рідини шляхом застосування дослідження тепловіддачі й гідродинаміки в їхніх каналах, який дозволяє знизити матеріалоємність і підвищити надійність трансформаторів.
Основні результати роботи полягають у наступному:

Розроблені термогідравлічні вісьосиметричні чисельні моделі. Моделі дозволяють одержати двомірні якісні картини теплообміну й гідродинаміки в ламінарній зоні каналів обмоток при примусовому русі рідини у ній, на основі яких визначається примусова складова локального конвекційного теплообміну в таких каналах.
Запропонована й обґрунтована фізична модель руху рідини в каналах обмотки у вигляді струмків, які не перемішуються в ламінарній зоні вертикальних каналів обмоток. Це дозволяє збільшити точність розрахунку температурного поля обмотки й оливи в каналах на 35 %.
Розроблено методику обробки даних за допомогою якісних і кількісних результатів розрахунків термогідравлічних вісьосиметричних чисельних моделей, що дозволила вивести локальні критеріальні рівняння.
Запропоновано розглядати локальну тепловіддачу каналів не тільки щодо входу рідини в канал, але й щодо виходу рідини з нього. Це дозволяє врахувати в критеріальному рівнянні локальної тепловіддачі вплив зміни профілю швидкості внаслідок виходу рідини з каналу під кутом до його осі.
Розроблені гідравлічні вісьосиметричні чисельні моделі для дослідження гідродинамічної картини в каналах обмоток, які дозволяють урахувати вплив місцевих опорів у сполучених колекторах.
Чисельно досліджені місцеві гідравлічні опори у каналах обмоток, а саме:

- отримані поправочні коефіцієнти для урахування впливу відносного розташування трійників у колекторі та числа Re на вході в розподільний і виході з колектора, що збирає, на коефіцієнти місцевих гідравлічних опорів. З урахуванням цих поправочних коефіцієнтів підвищується точність розрахунку розподілу розходів по горизонтальних каналах, у деяких випадках на 40 %;
- отримані коефіцієнти гідравлічних опорів нестандартних трійників, обумовлені втратами охолоджуючої рідини між напрямними перегородками й електроізоляційними циліндрами. Це дозволяє підвищити точність розрахунків розподілу розходів у каналах обмоток на 5 %.
7. Розроблений термогідравлічний метод. Похибка результатів розрахунку запропонованим методом у порівнянні з результатами моделювання на натурних фізичних моделях становить:
- до 10 % для визначення гідравлічного опору каналів;
- до 3 % для визначення середньої температури обмотки;
- до 5 % для визначення температури найбільш нагрітого провідника обмотки.
8. Запропоновані рекомендації зі зниження гідравлічного опору каналів обмотки, середньої температури обмотки й нерівномірності розподілу температури обмотки, що приводить до зниження температури найбільш нагрітого провідника.
9. Основні результати дисертаційної роботи знайшли практичне застосування в програмі теплового розрахунку та рекомендаціях із проектування обмоток трансформаторів зі спрямованою циркуляцією у відношенні їхніх теплових параметрів у ВАТ «ВІТ» і ТОВ «СТРУМТЕХ, ЛТД» . Ці нововведення дозволять знизити масу трансформаторів зі спрямованою циркуляцією до 5 % і підвищити їхню надійність і транспортабельність.
Позначення:n кількість; довжина; висота;d, діаметр; тиск; перепад тиску; швидкість руху охолоджувальної рідини; масовий розхід рідини; коефіцієнт гідравлічного опору;t температура,оС;Т температура, К;q питомі тепловиділення; густина рідини; динамічна в'язкість; коефіцієнт, залежний від температури електропровідного матеріалу;Cp ізобарна теплоємність; кінематична в'язкість; теплопровідність; об'ємний розхід рідини. абсолютна похибка; ц відносна похибка.Верхні індекси:i номер горизонтального каналу;о дослід;р розрахунок.Нижні індекси:н ніша, нестандартний;к колектор, конфузорний, канал;ут втрати;п прокладка, прохід трійника;б бічне відгалуження трійника;пр провідник;Г горизонтальний канал;т турбулентність, точка;кат диск; пер напрямна перегородка;г гідравлічний, без ізоляції;выст виступ прокладки у вертикальні канали;меди мідний провідник;ж рідина;j номер диску;ддифузорний, до;вх вхід;вых вихід;пов поворот;с який збирає;p розподільний;б бічне відгалуження;п прохід, після.Безрозмірні критерії:Re число Рейнольдса;Pr число Прандтля;Gz число Гретца;Nu число Нуссельта;Rа число Релея.