COMSOL变压器流热耦合仿真（含讲解视频）

张鹏 2023年8月12日浏览：1550

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背景介绍

变压器在长期不停机运行状态下，其本身会受到电场、磁场、温度场和机械力场等多个物理场的共同作用，因此，变压器可能出现的故障及其原因也是多种多样的。变压器正常运行中，在铁芯、绕组等结构件上均有损耗产生，损耗转化成热能，使自身温度升高。由于变压器在高电压等级和大容量方向的发展，使得变压器的体积越来越大，进而造成磁场损耗的增大，其内部的温升情况需要更加关注。变压器运行过程中绕组温度的最高点称为热点，若绕组热点温度达到一定的限定值，容易造成绝缘材料老化，降低变压器使用寿命，严重时会破坏绝缘等变压器结构，从而引发变压器故障和事故。

因此，若变压器热点温升过高，容易造成绝缘老化、寿命减少，甚至引发事故。在特高压、大容量的电力系统发展背景下，为延长变压器的使用寿命和降低故障发生率，准确掌握大型油浸式变压器绕组的温升情况以及合理规划大型油浸式变压器的设计，对于容量更大、电压等级更高的大型变压器和复杂性程度更强的电力系统的平稳高效运行尤为重要。

常见变压器

1. 模型介绍

本计算模型为单相变压器，变压器温度场的求解域可以分为固体域和流体域。固体域包括绕组和铁芯等区域，流体域由变压器油构成。从换热原理上分析，固体域的温升遵守Fourier定律，流体域的温升遵循能量守恒定律。固体温升根据热传导方程得到，而流体温升根据能量守恒方程得到。流体域除了计算温升外，还要考虑其流动问题，流体的流动遵循质量、动量守恒定律，通过求解质量、动量守恒方程得到。通过对温升和流动耦合计算，得到最终的温升和油流分布。