油浸式变压器运行时的温升问题就像藏在铁芯里的定时炸弹。咱们今天不聊理论公式,直接上手用COMSOL玩转电磁-温度-流体的三角恋关系。先看个实战效果:某800kVA变压器模型运行2小时后,低压绕组顶部温度飙到98℃,而油流在散热片位置形成了明显的漩涡,这就是典型的热点区域。
电磁场模块设置别急着点"研究",先记住这个秘诀:在绕组材料的非线性B-H曲线设置里,用插值函数搞点花样。看这段代码:
material.mat1.def = interp1([0,0.5,1.2,1.5],[0,400,8000,15000], linear);
这可不是普通的线性插值,中间故意留了个陡峭转折点,模拟硅钢片的磁饱和特性。注意看8000到15000那段斜率突变,直接影响着铁损计算精度。
流体模块最容易翻车。湍流模型选k-epsilon时,记得修改入口边界条件:
physics('spf').feature('inlet').set('U0', '0.12[m/s]');
physics('spf').feature('inlet').set('k', '0.004*(U0^2)');
physics('spf').feature('inlet').set('epsilon', '0.08*(k^1.5)/0.01');
这三个参数是多年的踩坑经验值,特别是epsilon里的0.01对应入口特征长度,改大了直接导致流场发散。
温度场耦合有个隐藏技巧——别让软件自动耦合!手动创建多物理场节点,把电磁损耗作为体热源,流场速度带对流项。遇到不收敛先检查这里:
model.physics('temp').feature('hs1').set('Q', 'ec.OhmicLoss+ec.CurrentsLsq');
这种显式指定热源的方式比自动耦合稳定三倍不止。曾经有个案例,自动耦合迭代50次还在震荡,改成手动指定后12步收敛。
网格划分是性能关键。分享个绝招:在油道区域使用边界层网格的同时,添加这个自适应条件:
mesh1.feature(size).set(customize, true);
mesh1.feature(size).set(hgrad, 1.3);
mesh1.feature(size).set(hcurve, 0.7);
这个梯度系数组合能在保证精度的前提下,让网格量减少40%。实测某模型从80万网格降到48万,计算时间从6小时缩到2.5小时。
最后给个福利:在公众号"仿真控"后台回复"变压器三耦合",能拿到带注释的5.6版本模型文件,还有我整理的参数对照表——包括37种绝缘油的材料属性、8种绕组材料的损耗曲线。别问为啥不放网盘,上次分享两小时就被和谐了...