本文運用有限元分析軟件，對密閉戶外機(jī)柜及內(nèi)部設(shè)備進(jìn)行熱分析。針對不同結(jié)構(gòu)方式、機(jī)柜內(nèi)部不同流體控制方式，對機(jī)柜內(nèi)部流體運動及溫度場分布情況進(jìn)行仿真模擬分析，獲得在不同情況下內(nèi)部流場、溫度場的變化情況，從而為實際應(yīng)用提供一個理論支撐。

一、前言

由于變電站業(yè)務(wù)需求及技術(shù)的進(jìn)步，促使變電站一、二次設(shè)備的融合，功能向智能化發(fā)展，也產(chǎn)生了智能終端設(shè)備配置及安裝的變化，使其從原來的戶內(nèi)開放式放置向戶外密閉式放置過渡。在戶外無遮擋情況下，陽光輻射以及設(shè)備本身耗散的熱量作用使得密封機(jī)柜內(nèi)部溫度有可能超出設(shè)備允許的范圍，裝置長時間在超負(fù)荷高溫下運行，會引起元器件性能的降低，進(jìn)而導(dǎo)致裝置故障，影響整個系統(tǒng)的穩(wěn)定性，因此在密封的戶外機(jī)柜中如何控制內(nèi)部的溫度，成為戶外機(jī)柜設(shè)計的關(guān)鍵。

目前對于復(fù)雜系統(tǒng)熱負(fù)荷設(shè)計分析，大多采用有限元分析方法。本文以SolidWorks Simulation軟件對戶外機(jī)柜內(nèi)部的流場、溫度場進(jìn)行計算分析，為戶外機(jī)柜熱仿真提供一種直觀效果，提高計算的閱讀力。另外根據(jù)仿真結(jié)果可方便地修改局部結(jié)構(gòu)，使結(jié)構(gòu)設(shè)計逐步達(dá)到最優(yōu)。

二、 熱傳遞機(jī)理

通常，熱量的傳輸有三種方式。

(1)傳導(dǎo)。傳導(dǎo)是固體中熱傳遞的主要方式。其傳熱量與材質(zhì)的熱導(dǎo)率、溫差、通過的面積成正比，與通過的長度成反比。

(2)對流。對流是固體表面與附近流體間的傳熱方式。傳熱量的大小與對流系數(shù)、表面積、表面與流體間的溫差成正比。

(3)輻射。熱輻射是在一定溫度下的物體通過電磁波的形式向外發(fā)射的過程。物體熱輻射的大小與物體表面積、物體表面輻射系數(shù)和溫度的4次方成正比。

密閉戶外機(jī)柜的散熱設(shè)計就是遵循以上原理，對機(jī)柜結(jié)構(gòu)進(jìn)行優(yōu)化，合理布局內(nèi)部元件，選擇合適的散熱方式，達(dá)到對裝置內(nèi)部元器件散熱的目的。

三、建立數(shù)學(xué)模型

1.控制方程

在計算過程中，要考慮流體、傳熱的綜合效果，其計算基礎(chǔ)如下。

在穩(wěn)態(tài)情況下：流體的連續(xù)方程為。 其中u、v、w為x、y、z方向的速度分量。

動量方程為

其中p為壓力，為粘滯系數(shù)。

能量方程為。

仿真計算就是通過求解3個方程，獲得流體在穩(wěn)態(tài)時各點的u、v、w分布以及P和T分布情況。