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强迫风冷机柜CFD热仿真

结果分析

6.1 迭代收敛

原结构设计柜体进行CFD热仿真,计算残差收敛,连续性和速度分量以及的残差小于10,监控点温度已经趋平,满足收敛要求条件。

6.2 流场分析

6.3 温度场分析

6.3.1 温度分布

 

从图中可以看到,柜体内器件温度最高为133℃,这正是互感器区域处母排的最高温度,对于互感器本体表面温度不是很高,所以互感器的融化不是因为周边空气的加热互感器而导致融化的。

从几张柜体及互感器区域的放大温度云图上可以看出,柜体温度最高点在隔离开关下方的出现排上,温度为133℃,接下来温度次高的地方就是互感器处分流排上部,温度约在128℃左右,越往分流排下端温度逐渐降低;在柜体后侧的18根电缆,在电缆的最上部温度较高,电缆铜芯导体温度已经达到80度左右。从这些图分析,如果柜体在环境温度较高时运行很长时间,不仅导致互感器融化,还有可能导致电缆和隔离开关故障失效。

6.4 互感器融化原因分析

经查阅,互感器的最高耐温为120℃,根据热仿真结果分析,互感器融化的原因在与互感器处(即隔离开关下方)处空气不流通,穿过互感器的分流母排无法散热,使分流排温度升高到130度左右,也进而使互感器的安装顶丝组件温度也升高到130度左右,这样顶丝组件与互感器的接触面首先开始融化或与分流母排直接接触的互感器面首先融化,或部分顶丝组件融化脱落导致互感器与母排直接接触融化,再加上长期的热辐射,加快了互感器的老化失效。

6.5 总结分析

根据CFD热仿真结果和结构设计合理性分析,柜体、风扇、风窗、铜排等存在几处设计不合理的地方,主要有以下几点,这几点会导致互感器融化,或电缆导体温度升高到临界值,隔离开关失效等安全隐患。

6.5.1 母排搭接不合理

 

隔离开关柜进出线级排与分流排搭接之处不合理(现场查看柜体时没注意到搭接方式,只从拍的照片上看到)如果是上图1所示的搭接方法,可以分析出,从级排流过的电流首先横向经过分流排1,再横向经过分流排2,级排与分流排1之间因为平面粗糙度,会使理想叠加接触面变小,也就是他们之间存在一个电阻,分流排1与分流排2之间同样存在一个电阻,这就导致从级排流向分流排2的电流明显变小,而分流排1承载的电流过大,导致级排和分流排因过流和直接接触加热导致温度全部升高。

6.5.2 出口风扇风量小

出口风扇风量小,且有过滤窗,风阻大,同时出口风扇的位置偏下,导致柜体上部热空气不能顺畅流出,导致柜内环境温度升高。

6.5.3 进口风窗流量小

空气入口是标准过滤窗,因过滤窗的尺寸很小,流量很小,流入柜体的空气加上风阻,空气的损失率很高,形成一种气短现象。

6.5.4 互感器处无有效的散热通道

造成互感器及铜排温度升高的原因是此处没有有效的散热通道,空气流速很小,母排无法散热,同时也造成了周边环境温度升高。如图12中,可看到铜排已经套上绝缘护套,在环境温度升高时,护套也会影响散热,继而使铜排温度更高,虽然护套短期不会融化,但热量还是会通过护套向外传递,从而造成互感器再一次失效;也可能造成隔离开关下出线排温度过高,对隔离开关本体有损害。

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