本發(fā)明涉及環(huán)網(wǎng)柜保護(hù)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及一種利用有限元模型設(shè)計(jì)抗凝露型環(huán)網(wǎng)柜外殼的方法。

背景技術(shù)：

環(huán)網(wǎng)柜因結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、維修量很小、運(yùn)行費(fèi)用低、運(yùn)行可靠且安全等優(yōu)點(diǎn)廣泛應(yīng)用于城市配電系統(tǒng)，但在我國(guó)長(zhǎng)江以南地區(qū)，高溫濕熱的環(huán)境容易使得環(huán)網(wǎng)柜遭遇到嚴(yán)重的凝露問(wèn)題，造成環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)設(shè)備生銹、操作機(jī)構(gòu)卡澀腐蝕，線路短路跳閘等現(xiàn)象出現(xiàn)，直接影響供電安全。

為了減少環(huán)網(wǎng)柜凝露問(wèn)題的發(fā)生，目前普遍采用的防凝露措施主要是提升輔助設(shè)計(jì)，包括通過(guò)配電室強(qiáng)制通風(fēng)、設(shè)置除濕機(jī)、設(shè)置加熱器、使用干燥劑等來(lái)控制濕度。

然而，由于輔助設(shè)計(jì)中的有源設(shè)備（如抽風(fēng)機(jī)、加熱器和半導(dǎo)體制冷器等）由二次電源單獨(dú)供能，不僅安裝改造的工程量大，而且需靠人力完成有源設(shè)備的投入和切除，可操作性差，造成以下兩個(gè)極端情況出現(xiàn)：（1）有源設(shè)備投入后一直運(yùn)行，造成不必要的耗電浪費(fèi)；（2）沒有根據(jù)氣候變化及時(shí)啟動(dòng)有源設(shè)備，導(dǎo)致柜內(nèi)凝露情況無(wú)法得到改善。即便利用凝露傳感器來(lái)自動(dòng)啟動(dòng)有源設(shè)備加熱防凝露，也存在以下兩個(gè)缺陷：（1）由于凝露傳感器是被動(dòng)型動(dòng)作器件，因此在動(dòng)作時(shí)間上缺少預(yù)防過(guò)程；（2）如果凝露傳感器安裝位置不當(dāng)，不能保證凝露最先發(fā)生在傳感器附近，亦不能保證有源設(shè)備的及時(shí)投入。

同時(shí)，輔助設(shè)計(jì)中的干燥劑屬于耗材，需要預(yù)測(cè)飽和時(shí)間人力進(jìn)行更換或烘干。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明實(shí)施例所要解決的技術(shù)問(wèn)題在于，提供一種利用有限元模型設(shè)計(jì)抗凝露型環(huán)網(wǎng)柜外殼的方法，能夠?qū)Νh(huán)網(wǎng)柜內(nèi)部的濕度、溫度及風(fēng)速等進(jìn)行全面和準(zhǔn)確的建模分析，使得形成的環(huán)網(wǎng)柜可不需采用現(xiàn)有技術(shù)中的防凝露措施，即可達(dá)到削減凝露效果，降低電氣事故發(fā)生率等目的。

為了解決上述技術(shù)問(wèn)題，本發(fā)明實(shí)施例提供了一種利用有限元模型設(shè)計(jì)抗凝露型環(huán)網(wǎng)柜外殼的方法，所述方法包括：

S1、通過(guò)三維軟件對(duì)環(huán)網(wǎng)柜設(shè)備整體三維建模，所述模型涉及的參數(shù)包括環(huán)網(wǎng)柜與外殼前后左右的間距、頂部空間的高度、通風(fēng)口的形狀，通風(fēng)口的位置分布以及外殼頂部的傾角；

S2、將所述模型導(dǎo)入ANSYS軟件的CFX工具箱中進(jìn)行網(wǎng)格劃分；

S3、設(shè)置所述模型的邊界條件；

S4、通過(guò)模擬計(jì)算，獲得環(huán)網(wǎng)柜外殼的各種數(shù)據(jù)；

S5、判定所述獲得的環(huán)網(wǎng)柜外殼的各種數(shù)據(jù)是否滿足預(yù)定條件；

S6、如果否，則調(diào)整所述三維設(shè)備模型涉及的參數(shù)之中其一或其多對(duì)應(yīng)的值，并返回步驟S2；

S7、如果是，則輸出所述獲得的環(huán)網(wǎng)柜外殼的各種數(shù)據(jù)。

其中，所述步驟S1中采用的三維軟件為SolidWorks軟件。

其中，所述步驟S3具體包括：

選擇流體種類并設(shè)置相關(guān)參數(shù)；其中，所選的流體種類為25攝氏度的空氣或一定比例混合的空氣和水蒸汽；所述設(shè)置的相關(guān)參數(shù)包括流體的湍流類型、流體的傳熱類型以及重力場(chǎng)；

設(shè)置所述模型的界面參數(shù)；其中，所述設(shè)置的界面參數(shù)包括導(dǎo)入所述模型每個(gè)面的類型、環(huán)網(wǎng)柜外殼材料的表面粗糙度、環(huán)網(wǎng)柜外殼材料壁面的導(dǎo)熱系數(shù)以及母線穿過(guò)部位平均面積的發(fā)熱功率。

其中，在低雷諾數(shù)下，所述流體的湍流類型采用k-Epsilon模型來(lái)計(jì)算介質(zhì)流動(dòng)，且所述流體的傳熱類型采用熱焓模型來(lái)計(jì)算氣體傳熱。

其中，所述計(jì)算的氣體傳熱包括對(duì)流換熱及熱傳導(dǎo)。

其中，當(dāng)導(dǎo)入所述模型某一個(gè)面的類型包括通風(fēng)口時(shí)，則所述通風(fēng)口在所述導(dǎo)入面上可設(shè)置成氣體單向流動(dòng)或氣體自由雙向流動(dòng)。

其中，當(dāng)所述環(huán)網(wǎng)柜外殼材料采用鋼鐵時(shí)，所述環(huán)網(wǎng)柜外殼材料的導(dǎo)熱系數(shù)為49.9W/m·K。

其中，所述獲得的環(huán)網(wǎng)柜外殼的各種數(shù)據(jù)包括流經(jīng)通風(fēng)口的流量大小、氣體的流線圖、壁面的溫度與壓強(qiáng)分布情況以及內(nèi)部濕度分布情況。

實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例，具有如下有益效果：

本發(fā)明利用ANSYS軟件的CFX工具箱對(duì)特定結(jié)構(gòu)和通風(fēng)口分布的環(huán)網(wǎng)柜設(shè)備開展流-熱耦合仿真，最終從仿真結(jié)果可以得出環(huán)網(wǎng)柜外殼的各種數(shù)據(jù)（如流經(jīng)通風(fēng)口的流量大小、氣體的流線圖、壁面的溫度與壓強(qiáng)分布情況以及內(nèi)部濕度分布情況等指標(biāo)），利用環(huán)網(wǎng)柜外殼的各種數(shù)據(jù)與凝露發(fā)生條件的關(guān)聯(lián)性可以評(píng)判該設(shè)計(jì)抗凝露的性能，使得形成的環(huán)網(wǎng)柜可不需采用現(xiàn)有技術(shù)中的防凝露措施，即可達(dá)到削減凝露效果，降低電氣事故發(fā)生率等目的。

附圖說(shuō)明

為了更清楚地說(shuō)明本發(fā)明實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對(duì)實(shí)施例或現(xiàn)有技術(shù)描述中所需要使用的附圖作簡(jiǎn)單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實(shí)施例，對(duì)于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來(lái)講，在不付出創(chuàng)造性勞動(dòng)性的前提下，根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖仍屬于本發(fā)明的范疇。

圖1為本發(fā)明實(shí)施例提供的利用有限元模型設(shè)計(jì)抗凝露型環(huán)網(wǎng)柜外殼的方法的流程圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案和優(yōu)點(diǎn)更加清楚，下面將結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步地詳細(xì)描述。

如圖1 所示，為本發(fā)明實(shí)施例中，提供的一種利用有限元模型設(shè)計(jì)抗凝露型環(huán)網(wǎng)柜外殼的方法，所述方法包括：

步驟S1、通過(guò)三維軟件對(duì)環(huán)網(wǎng)柜設(shè)備整體三維建模，所述模型涉及的參數(shù)包括環(huán)網(wǎng)柜與外殼前后左右的間距、頂部空間的高度、通風(fēng)口的形狀，通風(fēng)口的位置分布以及外殼頂部的傾角；

步驟S2、將所述模型導(dǎo)入ANSYS軟件的CFX工具箱中進(jìn)行網(wǎng)格劃分；

步驟S3、設(shè)置所述模型的邊界條件；

步驟S4、通過(guò)模擬計(jì)算，獲得環(huán)網(wǎng)柜外殼的各種數(shù)據(jù)；

步驟S5、判定所述獲得的環(huán)網(wǎng)柜外殼的各種數(shù)據(jù)是否滿足預(yù)定條件；如果否，則執(zhí)行下一步驟S6；如果是，則跳轉(zhuǎn)到步驟S7；

步驟S6、調(diào)整所述三維設(shè)備模型涉及的參數(shù)之中其一或其多對(duì)應(yīng)的值，并返回步驟S2；

步驟S7、輸出所述獲得的環(huán)網(wǎng)柜外殼的各種數(shù)據(jù)。

應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，環(huán)網(wǎng)柜外殼的各種數(shù)據(jù)包括流經(jīng)通風(fēng)口的流量大小、氣體的流線圖、壁面的溫度與壓強(qiáng)分布情況以及內(nèi)部濕度分布情況。

在本發(fā)明實(shí)施例中，步驟S1中采用的三維軟件為SolidWorks軟件，且模型所涉及參數(shù)數(shù)值的變動(dòng)，會(huì)改變環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)部風(fēng)路進(jìn)出情況而影響通風(fēng)效果。

在本發(fā)明實(shí)施例中，步驟S2中網(wǎng)格劃分需滿足ANSYS軟件的計(jì)算要求。

在本發(fā)明實(shí)施例中，步驟S3具體包括：

選擇流體種類并設(shè)置相關(guān)參數(shù)；其中，流體種類可以選25攝氏度的空氣，也可以選一定比例混合的空氣和水蒸汽，混合比例參考所在地區(qū)的氣候環(huán)境；所設(shè)置的相關(guān)參數(shù)包括流體的湍流類型、流體的傳熱類型以及重力場(chǎng)。在一個(gè)實(shí)施例中，在低雷諾數(shù)下，流體的湍流類型采用k-Epsilon模型來(lái)計(jì)算介質(zhì)流動(dòng)，且流體的傳熱類型采用熱焓模型來(lái)計(jì)算氣體傳熱，所計(jì)算的氣體傳熱包括對(duì)流換熱及熱傳導(dǎo)，但不考慮氣體動(dòng)能帶來(lái)的能量變化；

設(shè)置模型的界面參數(shù)；其中，設(shè)置的界面參數(shù)包括導(dǎo)入模型每個(gè)面的類型、環(huán)網(wǎng)柜外殼材料的表面粗糙度、環(huán)網(wǎng)柜外殼材料壁面的導(dǎo)熱系數(shù)以及母線穿過(guò)部位平均面積的發(fā)熱功率。在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)導(dǎo)入模型某一個(gè)面的類型包括通風(fēng)口時(shí)，則通風(fēng)口在導(dǎo)入面上可設(shè)置成氣體單向流動(dòng)或氣體自由雙向流動(dòng)，如通風(fēng)口表面類型可以選擇INLET，即流體在可通過(guò)該表面單向流動(dòng)，并設(shè)置入口風(fēng)速，其他部位的表面類型設(shè)置為WALL對(duì)內(nèi)部流體進(jìn)行約束；通風(fēng)口表面類型也可以選擇OPEN，即流體在可通過(guò)該表面自由雙向流動(dòng)，其他部位的表面類型設(shè)置為WALL對(duì)內(nèi)部流體進(jìn)行約束。在另一個(gè)實(shí)施例中，環(huán)網(wǎng)柜外殼材料可采用鋼鐵，也可采用工程塑料；當(dāng)環(huán)網(wǎng)柜外殼材料采用鋼鐵時(shí)，環(huán)網(wǎng)柜外殼材料（鋼鐵）的導(dǎo)熱系數(shù)為49.9W/m·K，而采用工程塑料的導(dǎo)熱系數(shù)較低。

應(yīng)當(dāng)說(shuō)明的是，母線及帶電設(shè)備所在部位的表面溫度因發(fā)熱而高于周圍空氣，故環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)部潮濕空氣不會(huì)在上述部位關(guān)鍵表面直接冷凝，而發(fā)生故障的主要原因是其他部位的冷凝水墜落或流動(dòng)至上述部位的表面。由于氣流的動(dòng)力不僅來(lái)自風(fēng)壓，還包括熱壓，因此有必要設(shè)計(jì)母線穿過(guò)部位平均面積的發(fā)熱功率，通過(guò)加強(qiáng)自然通風(fēng)對(duì)母線穿過(guò)部位進(jìn)行散熱，降低環(huán)網(wǎng)柜內(nèi)部的溫度差，進(jìn)而破壞凝露形成的條件，使得形成的環(huán)網(wǎng)柜可不需采用現(xiàn)有技術(shù)中的防凝露措施，即可達(dá)到削減凝露效果，降低電氣事故發(fā)生率等目的。

在本發(fā)明實(shí)施例中，步驟S5中所獲得的環(huán)網(wǎng)柜外殼的各種數(shù)據(jù)應(yīng)在預(yù)定的合理范圍內(nèi)找出最優(yōu)結(jié)果。

實(shí)施本發(fā)明實(shí)施例，具有如下有益效果：

本發(fā)明利用ANSYS軟件的CFX工具箱對(duì)特定結(jié)構(gòu)和通風(fēng)口分布的環(huán)網(wǎng)柜設(shè)備開展流-熱耦合仿真，最終從仿真結(jié)果可以得出環(huán)網(wǎng)柜外殼的各種數(shù)據(jù)（如流經(jīng)通風(fēng)口的流量大小、氣體的流線圖、壁面的溫度與壓強(qiáng)分布情況以及內(nèi)部濕度分布情況等指標(biāo)），利用環(huán)網(wǎng)柜外殼的各種數(shù)據(jù)與凝露發(fā)生條件的關(guān)聯(lián)性可以評(píng)判該設(shè)計(jì)抗凝露的性能，使得形成的環(huán)網(wǎng)柜可不需采用現(xiàn)有技術(shù)中的防凝露措施，即可達(dá)到削減凝露效果，降低電氣事故發(fā)生率等目的。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)施例方法中的全部或部分步驟是可以通過(guò)程序來(lái)指令相關(guān)的硬件來(lái)完成，所述的程序可以存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中，所述的存儲(chǔ)介質(zhì)，如ROM/RAM、磁盤、光盤等。

以上所揭露的僅為本發(fā)明較佳實(shí)施例而已，當(dāng)然不能以此來(lái)限定本發(fā)明之權(quán)利范圍，因此依本發(fā)明權(quán)利要求所作的等同變化，仍屬本發(fā)明所涵蓋的范圍。