近年来,部分特高压换流变压器在运行中相继发生电弧短路故障并引发爆炸、起火事故,严重威胁直流系统安全稳定运行。充油设备故障冲击下的结构失效机制尚不明确,且缺乏成熟的数值计算方法,制约故障防爆技术的发展。基于此,该文提出一套...近年来,部分特高压换流变压器在运行中相继发生电弧短路故障并引发爆炸、起火事故,严重威胁直流系统安全稳定运行。充油设备故障冲击下的结构失效机制尚不明确,且缺乏成熟的数值计算方法,制约故障防爆技术的发展。基于此,该文提出一套适用于高能电弧故障冲击的结构失效仿真计算方法。首先,建立有限腔体内油中电弧能量持续注入的气泡动力学模型,准确描述故障气泡的脉动膨胀行为;其次,提出自适应有限元-光滑粒子流体动力学(finite element method-smoothed particle hydrodynamics,FEM-SPH)耦合方法,利用SPH粒子继承失效前的物理信息参与FEM计算;进行不同能量、不同位置的电弧故障仿真计算,获得换流变压器结构的薄弱区域及其破裂行为,复现了油箱结构失效行为。研究发现,油箱顶盖两侧及侧壁转角接缝位置容易发生应力集中现象。一旦结构出现裂缝,将在极短时间内沿着应力集中方向快速发展,最终导致壁面整体撕裂。可知,该方法揭示的结构失效行为可为改进变压器设计和提高设备安全性提供依据。展开更多
针对铜吹炼Pierce-Smith转炉(Pierce-Smith Converter,P-S转炉)存在的高能耗及设备维护问题,采用VOF(Volume of Fluid)两相流与Realizable k-ε湍流耦合模型,对炉内气-液两相流行为与壁面剪切应力分布进行数值模拟,系统研究风口直径及...针对铜吹炼Pierce-Smith转炉(Pierce-Smith Converter,P-S转炉)存在的高能耗及设备维护问题,采用VOF(Volume of Fluid)两相流与Realizable k-ε湍流耦合模型,对炉内气-液两相流行为与壁面剪切应力分布进行数值模拟,系统研究风口直径及气体入口速度对熔池动力学的影响机制。研究表明:增大风口直径显著降低搅拌死区体积,扩展高湍动能区域覆盖范围,而提升气体入口速度可增强气泡上升区湍流强度。气体入口速度通过强化局部湍流促进熔池传质效率,风口直径变化可提升炉内混合均匀性。合理选择气体入口速度与风口直径可降低炉壁剪切应力峰值,抑制搅拌死区形成,为工业过程参数优化提供理论依据。展开更多
文摘近年来,部分特高压换流变压器在运行中相继发生电弧短路故障并引发爆炸、起火事故,严重威胁直流系统安全稳定运行。充油设备故障冲击下的结构失效机制尚不明确,且缺乏成熟的数值计算方法,制约故障防爆技术的发展。基于此,该文提出一套适用于高能电弧故障冲击的结构失效仿真计算方法。首先,建立有限腔体内油中电弧能量持续注入的气泡动力学模型,准确描述故障气泡的脉动膨胀行为;其次,提出自适应有限元-光滑粒子流体动力学(finite element method-smoothed particle hydrodynamics,FEM-SPH)耦合方法,利用SPH粒子继承失效前的物理信息参与FEM计算;进行不同能量、不同位置的电弧故障仿真计算,获得换流变压器结构的薄弱区域及其破裂行为,复现了油箱结构失效行为。研究发现,油箱顶盖两侧及侧壁转角接缝位置容易发生应力集中现象。一旦结构出现裂缝,将在极短时间内沿着应力集中方向快速发展,最终导致壁面整体撕裂。可知,该方法揭示的结构失效行为可为改进变压器设计和提高设备安全性提供依据。
文摘针对铜吹炼Pierce-Smith转炉(Pierce-Smith Converter,P-S转炉)存在的高能耗及设备维护问题,采用VOF(Volume of Fluid)两相流与Realizable k-ε湍流耦合模型,对炉内气-液两相流行为与壁面剪切应力分布进行数值模拟,系统研究风口直径及气体入口速度对熔池动力学的影响机制。研究表明:增大风口直径显著降低搅拌死区体积,扩展高湍动能区域覆盖范围,而提升气体入口速度可增强气泡上升区湍流强度。气体入口速度通过强化局部湍流促进熔池传质效率,风口直径变化可提升炉内混合均匀性。合理选择气体入口速度与风口直径可降低炉壁剪切应力峰值,抑制搅拌死区形成,为工业过程参数优化提供理论依据。
