Name: Vergleichende Studie zur Simulation des Temperaturanstiegs in der Ringhaupteinheit (Video) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-07-05T13:10:00.000+00:00
Duration: 4 min 35 s
Description: Erfahren Sie, wie Sie Temperaturanstiege in elektrischen Geräten mit der Finite-Elemente-Methode simulieren. Diese vergleichende Studie zeigt, wie verschiedene Temperaturfeldmodule die Vorhersagegenauigkeit verbessern.

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1. Modell
HINWEIS: Aufgrund der komplexen Struktur der Ring-Haupteinheit (Abbildung 1A) wurde eine Online-Konstruktionssoftware gewählt, um die Bedienung der Ring-Haupteinheit zu vereinfachen.
<ol><li>Vereinfachung der Modellierung<ol><li>Vereinfachen Sie das Modell teilweise, indem Sie den Airbox-Abschnitt der RMU beibehalten, während andere Komponenten wie Isolierwellen, Befestigungsschrauben, Muttern, Dichtungskomponenten und Druckstützhalterungen entfernt oder vereinfacht werden. Die vereinfachte Version ist in (Abbildung 1B) dargestellt.<ol><li>Um die Ringhaupteinheit vom Typ 630A zu vereinfachen, entfernen Sie die isolierte Welle, die den Leistungsschalterraum mit dem Instrumentenkasten verbindet, sowie viele feste Schrauben und Muttern. Nehmen Sie die Dichtungsteile und die Druckhaltehalterung heraus und verbinden Sie die statischen Kontakte des isolierten statischen Strahls mit der unteren Abzweigsammelschiene unter der Prämisse, dass der gesamte Aufbau den gleichen Leitungsstrom hat und nur der Vakuum-Leistungsschalter, die Befestigungsplatte des Leistungsschalters und die statischen Kontakte und der Vakuum-Leistungsschalter erhalten bleiben.</li>
			<li>Behalten Sie nur den Vakuumschutzschalter, die Befestigungsplatte für den Leistungsschalter, den statischen Kontakt und die Blockierplatte des Vakuumschutzschalters bei. Entfernen Sie insgesamt Schrauben und Dichtungen aus dem Modell, füllen Sie die Löcher nach dem Entfernen der Schrauben mit Volumenkörpern, reduzieren Sie die Anzahl der Netzteile, und optimieren Sie die unregelmäßigen Formen der Teile. Entfernen Sie Instrumente für den Schaltschrankbetrieb, Montageplatten, Halterungen und andere Bedienungsteile, wie z. B. Instrumentenkästen, die keinen Einfluss auf den Simulationsprozess des Temperaturanstiegs haben.</li>
			<li>Das Entfernen der isolierten Gehäuse einiger Komponenten kann bei der Simulation vernachlässigt werden, da sie nur einen geringen Einfluss auf die Simulationsergebnisse haben. Darüber hinaus werden sie durch Erdungsschalter, die sich nicht auf die Nutzung des Geräts während des normalen Betriebs auswirken, entfernt und der Schalter bleibt für die Simulation frei.</li>
		</ol></li>
		<li>Um einen Abschnitt zu löschen, wählen Sie ihn einfach aus und klicken Sie auf die Option Löschen .</li>
	</ol></li>
</ol>2. Wirbelfeld-Lösung
<ol><li>Einstellungen für die Vorverarbeitung HINWEIS: Die Wirbelstromfeldemulation ist die Grundlage für die Durchführung der Temperaturfeldlösung, die die anschließende Analyse der gelösten Wärmequelle als Belastung des Temperaturfeldes erfordert.<ol><li>In der Gerätedokumentation für das Ringleitungsgerät und in den entsprechenden Handbüchern finden Sie Informationen zu den physikalischen Eigenschaften und Parametern der einzelnen Komponenten des Ringnetzteils. Legen Sie die physikalischen Attribute und Parameter der Komponenten der Ringhaupteinheit in Maxwell auf der Grundlage der erhaltenen Informationen fest, wie in Tabelle 1 beschrieben.</li>
		<li>Stellen Sie den Wirbelstrom auf 630 A mit einer Frequenz von 50 Hz ein. Wählen Sie in der Maxwell-Software Eine Seite des oberen und unteren ausgehenden Arms, geben Sie das Erregermodul ein und stellen Sie die Stromstärke auf 630 A ein. Wählen Sie im Abschnitt Lösungseinstellungen eine Frequenz von 50 Hz aus. HINWEIS: Im leitenden Stromkreis eines Ringnetzteils wird der Weg, der von allen Komponenten vom oberen Auslassarm zum unteren Auslassarm gebildet wird, als Phasenfolge bezeichnet. Daher sind in dieser Arbeit die Phasen A, B und C von links nach rechts angeordnet.</li>
		<li>Die Materialparameter der Komponenten der Ringhaupteinheit sind in Tabelle 2 dargestellt.</li>
		<li>Leiten Sie den Strom durch die abgehenden Leitungsarme, flexiblen Anschlüsse, Stromschienen, Leistungsschalter, Stromschienen für statische Kontakte und Abzweigsammelschienen für jede Phase. Ziel ist es, einen Strompfad zu realisieren, der es den Komponenten ermöglicht, die Last zu vervollständigen.</li>
		<li>Nutzen Sie die adaptive Vernetzung von Maxwell, um die Rastersteuerung für das Modell zu vervollständigen. Verwenden Sie die adaptive Netzpartitionierungsmethode Maxwell für größere Komponenten und die lokale Netzverfeinerung für kleinere interne Komponenten. HINWEIS: Maxwell kann die Rastergenauigkeit während des Lösungsprozesses kontinuierlich verbessern, sodass Sie nicht mehr auf Netzoperationen klicken müssen, um zusätzliche Netzpartitionierungen zu erhalten.</li>
		<li>Legen Sie die Schrittweite der Lösung fest. Klicken Sie im Modellbaum auf Analyse , öffnen Sie die Einstellungen für den Lösungsschritt, und legen Sie die maximale Anzahl der Durchgänge auf 10 fest. Behalten Sie die Standardwerte bei, ohne Änderungen vorzunehmen.</li>
	</ol></li>
	<li>Prinzip der Wirbelstromfeldberechnung15,16.<ol><li>Verwenden Sie die erste Gleichung von Maxwell, die die Wirkung der Ladung auf die Erzeugung eines elektrischen Feldes17 beschreibt. <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/66643/66643eq01.jpg" style="margin: auto;">(1) wobei ρ die Ladungsdichte darstellt; ε0 stellt die Dielektrizitätskonstante des Vakuums dar.</li>
		<li>Verwenden Sie die zweite Gleichung von Maxwell, die die Beziehung zwischen einem sich ändernden Magnetfeld und einem elektrischen Feld und die Wirkung eines Magnetfeldes auf die Bewegung einer Ladung beschreibt. <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/66643/66643eq02.jpg" style="margin: auto;">(2) wobei <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/66643/66643eq03.jpg" style="margin: auto;"> die Magnetfeldstärke darstellt. Diese Gleichung beschreibt, dass ein variierendes Magnetfeld ein elektrisches Wirbelfeld erzeugt, d.h. der Spin des elektrischen Wirbelfeldes ist gleich dem Minus der Änderungsrate des Magnetfeldes mit der Zeit.</li>
		<li>Verwenden Sie die dritte Gleichung von Maxwell, die die Wirkung der magnetischen Ladung auf die Erzeugung eines Magnetfeldes beschreibt. <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/66643/66643eq04.jpg" style="margin: auto;">(3) Diese Gleichung beschreibt das von einer magnetischen Ladung erzeugte Magnetfeld als passiv, d.h. es gibt keine Monopole im Magnetfeld.</li>
		<li>Verwenden Sie die vierte Gleichung von Maxwell, die die Beziehung zwischen einem variierenden elektrischen Feld und einem Magnetfeld und die Wirkung eines elektrischen Stroms auf ein Magnetfeld beschreibt. <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/66643/66643eq05.jpg" style="margin: auto;">(4) wobei <img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/66643/66643eq06.jpg" style="margin: auto;"> die Stromdichte und μ0 die Vakuumdurchlässigkeit darstellt. Diese Gleichung beschreibt, dass ein variierendes elektrisches Feld ein Wirbelmagnetfeld erzeugt, d.h. der Spin des Wirbelmagnetfeldes ist gleich der Summe aus der Stromdichte und der Änderungsrate des elektrischen Feldes mit der Zeit.</li>
		<li>Verwenden Sie auf der Grundlage der obigen Gleichungen das Maxwell 3D-Modul mit Wirbelstromlöser, um den ohmschen Verlust zu lösen, der durch den leitenden Schaltkreis in der RMU erzeugt wird, der eine Wärmequelle für die anschließende thermische Simulationsanalyse darstellt. Sein mathematischer Ausdruck wird mit18 angegeben <img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/66643/66643eq07.jpg" style="margin: auto;">(5) wobei σ die Leitfähigkeit des leitenden Schleifenmaterials bezeichnet; J ist die Stromdichte in der Schleife.</li>
	</ol></li>
	<li>Berechnungsergebnisse<ol><li>Klicken Sie in der Benutzeroberfläche auf die Option Maxwell 3D und öffnen Sie die Validierungsprüfung, um alle Einstellungen auf Fehler zu überprüfen. Wenn keine Fehler angezeigt werden, klicken Sie auf Alle analysieren , um den Lösungsvorgang zu starten.</li>
		<li>Verwenden Sie den Nachbearbeitungsrechner von Maxwell, um die ohmschen Verluste im Wirbelstromfeld der Ringhaupteinheit zu berechnen und darzustellen, wie in Tabelle 3 gezeigt.</li>
	</ol></li>
</ol>3. Temperaturfeld-Lösung
HINWEIS: Unterteilen Sie das Temperaturfeld zu Vergleichszwecken in Icepak und stationäre Wärme. Richten Sie jedes Gerät separat ein, und lösen Sie es, um eine vergleichende Analyse zu erhalten.
<ol><li>Aufbau des Icepak-Modells<ol><li>Legen Sie die Materialeigenschaften wie folgt fest: Kennzeichnen Sie alle Volumenmaterialien der Schaltkreise als Cu-rein, mit Oberflächen mit Cu-polierter Oberfläche. Wählen Sie für die Plattenkomponenten das Material Aluminium6061-T6 mit einer Oberflächenbeschichtung aus Paint-AL-Oberfläche mit einem Emissionsgrad von 0,35. Einzelheiten finden Sie in Tabelle 4 . Klicken Sie mit der rechten Maustaste auf die ausgewählte Komponente, klicken Sie auf Bearbeiten , und wechseln Sie dann zu Eigenschaften , um das Material sowohl für die Fläche als auch für das Volumenmaterial festzulegen.</li>
		<li>Wählen Sie das Modell aus und klicken Sie im Menü Bearbeiten auf Festlegen , dann wählen Sie Multilevel-Vernetzungsebene , um die Netzeinstellungen anzupassen. Legen Sie den externen Schrank auf eine Netzebene von 2 und alle Berandungen auf eine Netzebene von 2 fest. Legen Sie für alle anderen Komponenten die Netzebene auf 3 fest. Öffnen Sie abschließend das Mesh-Steuerelement und klicken Sie auf Generieren , um das Mesh zu erstellen.</li>
		<li>Um die Genauigkeit und Effizienz der Simulation unabhängig von der Netzgröße zu gewährleisten, ist eine Validierung der Netzunabhängigkeit erforderlich. Importieren Sie das geometrische Modell des Temperaturfeldgehäuses, das mit der Bemessungssoftware für die Vernetzung erstellt wurde.</li>
		<li>Wie in Abbildung 2 dargestellt, sind die Polarisationskurven der vier Gittersätze gut ausgerichtet. Bei einer Arbeitsspannung von 0,5 V betragen die Stromdichten für die vier Gittersätze 2,357 A/cm2, 2,358 A/cm2, 2,356 A/cm2 bzw. 2,454 A/cm2, wobei der Fehler zwischen der maximalen und der Stromdichte weniger als 1 % beträgt. Um Effizienz und Genauigkeit in Einklang zu bringen, bestimmen Sie die Rastergröße, die 987924 wird.</li>
	</ol></li>
	<li>Einrichtung der Lösung<ol><li>Legen Sie die Richtungen der Lösungsdomäne Schrank auf Öffnung fest.</li>
		<li>Wählen Sie in der Software Problemschritt aus. Überprüfen Sie unter Basic Parameters (Grundparameter) das Modell der Boden-zu-Oberfläche-Strahlung, wählen Sie die Option Nullgleichung für das turbulente Strömungsregime, wählen Sie die Option Gravity (Schwerkraft ) für Natural Convection (Natürliche Konvektion) und stellen Sie die Umgebungstemperatur auf 20 °C ein.</li>
		<li>Wählen Sie in den Dateieinstellungen die Option Volumetrische Wärmeverluste für EM-Mapping und wählen Sie Alle angezeigten Objekte aus, um die Verlusteinstellungen abzuschließen.</li>
	</ol></li>
	<li>Berechnung des Temperaturfeldes<ol><li>Wenden Sie in icepak drei Haupterhaltungsgleichungen für Energie an: Massenerhaltungsgleichung, Impulserhaltungsgleichung und Energieerhaltungsgleichung. Verwenden Sie insbesondere die Impulserhaltungsgleichung, die wie folgt lautet19: <img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/66643/66643eq08.jpg" style="margin: auto;">(6) Energiespar-Gleichung: <img alt="Equation 9" src="/files/ftp_upload/66643/66643eq09.jpg" style="margin: auto;">(7) Gleichungen zur Massenerhaltung: <img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/66643/66643eq10.jpg" style="margin: auto;">(8) Energieübertragungsgleichung für die Wärmeübertragung aus einer festen Wärmequelle: <img alt="Equation 11" src="/files/ftp_upload/66643/66643eq11.jpg" style="margin: auto;">(9) ρ stellt die Dichte des Fluids dar; v steht für den Strömungsgeschwindigkeitsvektor; T steht für die Temperatur; p ist der Druck; τ ist die viskose Kraft auf der Oberfläche des Mikrometaboliten; κ ist der Wärmedurchgangskoeffizient; Shist die Wärmequelle des Körpers; h ist die spezifische Enthalpie der Flüssigkeit und F ist die Körperkraft des Mikrometaboliten. HINWEIS: Die Ergebnisse der Temperaturfeldberechnungen sind in Abbildung 3A und Abbildung 4A dargestellt.</li>
	</ol></li>
	<li>Aufbau eines stationären thermischen Modells<ol><li>Pflegen Sie die Materialeigenschaften gemäß Tabelle 3 in den Materialeinstellungen. Generieren Sie die ohmschen Verluste, die sich aus der Wirbelstromfeldsimulationsanalyse im Steady State Thermal-Modul ergeben, indem Sie auf Thermische Lasterzeugung klicken.</li>
		<li>Klicken Sie auf den Wert für die konvektive Temperatur und stellen Sie ihn auf 20 °C ein, wobei ein konvektiver Koeffizient von 5 (W/m²°C) auf die Innenwände des Schranks, der Komponenten und des externen Schranks angewendet wird. Übernehmen Sie die Einstellungen und generieren Sie. Stellen Sie die Ausgabe so ein, dass sie nach Temperatur berechnet wird, indem Sie auf Berechnen &gt; Ausgabeergebnisse klicken. HINWEIS: Das Haupttemperaturfeld, das die Gleichungen in der stationären thermischen Temperaturfeldberechnung 20,21,22 regelt, wird normalerweise aus dem Gesetz der Wärmeleitung (Fouriersches Gesetz der Wärmeleitung) abgeleitet. Im eindimensionalen Fall kann die Wärmeübertragungsgleichung des Temperaturfeldes als20 ausgedrückt werden: <img alt="Equation 12" src="/files/ftp_upload/66643/66643eq12.jpg" style="margin: auto;">(10) In dieser Gleichung steht T für die Temperatur im Inneren des Objekts, t für die Zeit, x für die Raumkoordinaten und α für die Wärmeleitfähigkeit. Diese Gleichung beschreibt die Variation der Temperatur in Bezug auf Zeit und Raum, wobei die rechte Seite die Beziehung zwischen Wärmeleitgeschwindigkeit und Temperaturgradient ausdrückt. In einem allgemeineren dreidimensionalen Szenario kann die Wärmeleitungsgleichung für das Temperaturfeld in folgender Form ausgedrückt werden: <img alt="Equation 13" src="/files/ftp_upload/66643/66643eq13.jpg" style="margin: auto;">(11) ρ steht für die Dichte des Objekts, c ist die spezifische Wärmekapazität, K ist die Wärmeleitfähigkeit und Q ist der Wärmequellenterm innerhalb des Volumens. Diese Gleichung beschreibt die Variation des Temperaturfeldes, die durch die Wärmeleitung, die Wärmequellen und die thermische Kapazität beeinflusst wird.</li>
		<li>Die Ergebnisse der Berechnung des Temperaturfelds sind in Abbildung 3 dargestellt. Vergleichen Sie die in Tabelle 5 und Tabelle 6 zusammengefassten Temperaturwerte.</li>
	</ol></li>
</ol>

<meta charset="utf8"></head><body>Ein umfassender Ansatz zur Untersuchung des RMU-Temperaturanstiegsproblems

<ol><li>Xia, H., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Temperature+rise+test+and+analysis+of+high+current+switchgear+in+distribution+system%5BTitle%5D)+AND+%22J+Engg%22%5BJournal%5D)">Temperature rise test and analysis of high current switchgear in distribution system.</a> J Engg. , 754-757 (2019).</li>
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<li>Icoz, T., Arik, M. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Light+weight+high+performance+thermal+management+with+advanced+heat+sinks+and+extended+surfaces%5BTitle%5D)+AND+%22IEEE+Trans+Comp+Pack+Technol%22%5BJournal%5D)">Light weight high performance thermal management with advanced heat sinks and extended surfaces.</a> IEEE Trans Comp Pack Technol. 33 (1), 161-166 (2010).</li>
<li>Steiner, T. R. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((High+temperature+steady-state+experiment+for+computational+radiative+heat+transfer+validation+using+COMSOL%5BTitle%5D)+AND+%22and+ANSYS.+Results+Engg%22%5BJournal%5D)">High temperature steady-state experiment for computational radiative heat transfer validation using COMSOL.</a> and ANSYS. Results Engg. 13, 100354(2022).</li>
</ol>

<table><tbody><tr><td>Luft</td><td>/</td><td>/</td><td>Konventionelle Gase</td></tr><tr><td>Aluminium</td><td>/</td><td>/</td><td>Legierungswerkstoffe</td></tr><tr><td>Kupfer</td><td></td>/<td>/</td><td>Legierungswerkstoffe</td></tr><tr><td>Icepak</td><td>ANSYS Unternehmen</td><td>ANSYS 2021R1</td><td>A CFD Wärmesimulationssoftware</td></tr><tr><td>PC-Hosting</td><td>/</td><td>Intel(R) Core(TM) i5-13500F CPU</td><td>Host-Computerausrüstung</td></tr><tr><td>SolidWorks</td><td>Tochtergesellschaft von Dassault Systèmes</td><td>SolidWorks2021</td><td>Ein Konstruktionssoftware-Zeichenwerkzeug</td></tr><tr><td>Stationäres thermisches</td><td>ANSYS-Unternehmen</td><td>ANSYS 2021R1</td><td>Ein Lösungstool für die thermische Simulation</td></tr></tbody></table>

vergleichende studie zur simulation des temperaturanstiegs in der ringhaupteinheit

Comparative Study of Simulation of Temperature Rise in Ring Main Unit

Basierend auf den Daten in Tabelle 3 lassen sich folgende Schlussfolgerungen ziehen: Die Gesamtverluste für die Phasen A, B und C sind relativ ähnlich. Konkret betragen die Gesamtverluste für Phase A 16,063 W/m³, Phase B 16,12 W/m³ und Phase C 19,57 W/m³. Die Stellen mit höheren Verlusten können an den Verbindungen verschiedener Komponenten liegen. Dies liegt vor allem daran, dass an diesen Verbindungsstellen typischerweise Übergangswiderstand und Leiterwiderstand vorhanden sind. Wenn Strom durch diese Verbindungen fließt, wird erhebliche Wärme erzeugt, was zu einem Temperaturanstieg und höheren Verlusten in diesen Bereichen führt.
Die oberen und unteren Abgänge der Ringhaupteinheit tragen einige Einbußen, insbesondere beim Tragen der Hauptlast. Die Verluste in den ausgehenden Armen der drei Phasen sind in etwa gleich. Dies liegt daran, dass dieser Teil des Stroms relativ konzentriert ist und aufgrund der regelmäßigen Form der Widerstandswert klein ist. Daher sind die Verluste in diesen Teilen ungefähr gleich.
Die Verluste in der Abzweigsammelschiene sind relativ hoch, was vor allem auf die zahlreichen Biegungen und das Vorhandensein von Winkeln zurückzuführen ist. Der meiste Strom konzentriert sich im Kurvenbereich und in der Nähe der Ecken. Abgesehen von der Sektion des Vakuumschutzschalters sind auch die Verluste im Kupferrohrteil der Sammelschiene mit insgesamt 22,32 W/m³ relativ hoch, was 40 % der gesamten ohmschen Verluste der drei Phasen ausmacht. Die Verluste im statischen Kontaktteil sind im Vergleich zu den Gesamtverlusten relativ gering.
Andere Komponenten, wie z. B. die feste Platte des Leistungsschalters, der Leitblech des Leistungsschalters und die Außenhülle der Ringhaupteinheit, weisen geringere Verluste auf. Da sie nicht direkt an der Last beteiligt sind, werden ihre Verluste hauptsächlich durch die internen Komponenten durch Leitung erzeugt, was zu geringeren Verlustwerten führt. In Nachberechnungen sind die Verluste dieser Komponenten nicht besonders detailliert. Zusammenfassend wurden die Hauptmerkmale der Verlustverteilung skizziert, die wertvolle Erkenntnisse für die weitere Designoptimierung liefern.
Durch die Kombination der Ergebnisse aus Abbildung 3 und Abbildung 4 mit Tabelle 5 und Tabelle 6 wurde ein gründlicher Vergleich der Ergebnisse der Temperaturfeldlösung zwischen den Icepak- und Steady-State-Thermal-Modulen durchgeführt. Im Analyseprozess wurden Unterschiede und Gemeinsamkeiten zwischen den beiden Modulen festgestellt.
Im Temperaturbereich von 20-31,24 °C, wie in Abbildung 2A gezeigt, konzentrieren sich die Bereiche mit höheren Temperaturen in den Bereichen, in denen das RMU-Gehäuse mit den internen Komponenten in Kontakt kommt. Der Hauptgrund dafür ist, dass diese Kontaktbereiche typischerweise als kritische Pfade für die Wärmeleitung dienen. Während des Betriebs erzeugen die internen Komponenten Wärme, die durch die Kontaktflächen mit guter Wärmeleitfähigkeit an das Gehäuse geleitet wird und dadurch einen Temperaturanstieg in diesen Bereichen bewirkt. Diese Bereiche umfassen die Kontaktpunkte des oberen ausgehenden Leitungsarms und die Abschnitte des unteren ausgehenden Leitungsarms, die mit seiner nahen Schale in Kontakt stehen, mit einem Temperaturbereich von etwa 24 bis 27 °C. Im Vergleich zu Abbildung 3B ist der Erwärmungsbereich der Schalen in beiden Fällen in etwa gleich, und die Temperaturänderungen breiten sich von den Hotspots in die kühleren Bereiche aus. Bei der Untersuchung von Abbildung 4A,B sind die Gesamttemperaturtrends in beiden Fällen ebenfalls annähernd ähnlich. Die Hauptquelle für den Temperaturanstieg ist die Wärmeleitung durch den unteren ausgehenden Leitungsarm, der durch die Innenleiter verläuft und vom oberen ausgehenden Leitungsarm abgeführt wird. Der Erwärmungstrend konzentriert sich auf Bereiche in der Nähe des unteren abgehenden Leitungsarms, einschließlich der Abzweigsammelschienen jeder Phase und der angeschlossenen Stützschienen. Darüber hinaus ergibt sich aus der Beobachtung der Temperaturverteilung in den internen Schaltkreisen in Abbildung 4, unabhängig davon, ob Icepak oder das stationäre Wärmemodul zur Lösung verwendet wird, dass die Gesamttemperatur von Phase B durchweg höher ist als die der beiden anderen Phasen. Dies deutet hauptsächlich darauf hin, dass Phase B während des Lastvorgangs nicht nur die durch den Strom dieser Phase erzeugte Wärme trägt, sondern dass aufgrund der zu kompakten internen Struktur der RMU die von jeder Phase erzeugte Wärme nicht sofort abgeführt werden kann. Aufgrund des Wärmeaustauschs bleibt die Temperatur von Phase B unabhängig vom verwendeten Solver höher als die beiden anderen Phasen. Auch die allgemeinen Temperaturtrends weisen ein hohes Maß an Ähnlichkeit auf, wobei der Haupttemperaturanstieg auf die Wärmeleitung durch den unteren abgehenden Leitungsarm und die Wärmeableitung durch den oberen abgehenden Leitungsarm zurückzuführen ist. Dieser Trend scheint zwischen den beiden Modulen sehr konsistent zu sein. Darüber hinaus sind die Positionen der Hotspots in den Temperaturverteilungskarten beider Module sehr konsistent. Insbesondere im Abschnitt der Abzweigsammelschiene in Phase C zeigen beide Solver die gleiche höchste Temperatur und die Unterschiede sind nahezu vernachlässigbar. Dies bedeutet, dass unabhängig vom verwendeten Solver die genaue Identifizierung der heißesten Temperaturpositionen für das Wärmemanagement der RMU von entscheidender Bedeutung ist.
Zweitens ist aus der Tabelle ersichtlich, dass derselbe Strom den gleichen Verlust erzeugt, aber der Temperaturwert jeder Phasenkomponente in Tabelle 6 ist im Allgemeinen niedriger als der in Tabelle 5; Zum Beispiel ist der Temperaturwert des Abzweigbusses im Hot-Spot-Bereich der gesamten RMU mit 30,91 °C die höchste Temperatur in Tabelle 6 , und auf der anderen Seite beträgt die höchste Temperatur des Abzweigbusses in Tabelle 5 31,24 °C. Der Grund dafür ist die Lösungslogik von Icepak: Die RMU als Wärmequelle wird weiterhin Wärme austauschen und Wärme abführen, und wenn ein Fluid als Medium für die Wärmeübertragung eingestellt wird, wird die Temperatur im Lösungsbereich allmählich durch das Medium abgegeben, was zu einem Temperaturabfall führt. Das stationäre Wärmemodul legt weniger Wert auf die Wärmekonvektion mit der Umgebungsluft und konzentriert sich stattdessen auf eine wärmeleitende Lösung. Im Vergleich zu Modellen, die Konvektion berücksichtigen, führt dieser Ansatz zu einer weniger umfassenden Temperaturfeldlösung. In Gebieten, in denen die Temperaturen höher sind, treten die Hot Spots daher stärker auf. Bei der Prüfung des tatsächlichen Temperaturanstiegs wird bei der Wärmeübertragung neben den Eigenschaften des Modells selbst auch der Einfluss des Wärmeableitungsmediums wie Luft usw. auf die Gesamttemperatur berücksichtigt. In Kombination mit den praktischen Anforderungen und experimentellen Betriebsüberlegungen führt die RMU als Wärmequelle weiterhin Wärmekonvektion und Wärmeableitung durch; Die Temperatursimulation von Icepak entspricht eher dem tatsächlichen Bedarf. In dem Fall, in dem die Ringhaupteinheit als Wärmequelle mit kontinuierlicher Wärmekonvektion und -ableitung verwendet wird, entspricht die Temperatursimulation von icepak eher den praktischen Anforderungen. Im Gegenteil, das stationäre Wärmemodul konzentriert sich hauptsächlich auf die Wärmeleitung, die in einigen Fällen möglicherweise nicht in der Lage ist, den tatsächlichen Bedarf zu decken.
<img alt="Figure 1" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66643/66643fig01.jpg"> Abbildung 1: Modell der Ringhaupteinheit. (A) Gesamtmodell der Ringleitungseinheit (B) Vereinfachtes Modell der Ringhaupteinheit. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66643/66643fig01large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 2" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66643/66643fig02.jpg"> Abbildung 2: Polarisationskurven für vier Sätze von Netzen. Die adaptive Maxwell-Vernetzung wird für größere Teile verwendet, und die lokale Netzverfeinerung wird für kleinere Teile verwendet. In der Designsoftware wird ein vereinfachtes 3D-Modell des Ring-Hauptschranks erstellt und in Maxwell importiert, und das Modell wird mit dem Mesh-Modul vernetzt. Die Abbildung stellt die Überprüfung der Modellgitter dar. Die Stromdichte der vier Gittergruppen beträgt 2,357 A/cm2, 2,358 A/cm2, 2,356 A/cm2 und 2,354 A/cm2 unter der Spannungsbelastung, und der relative Fehler zwischen der maximalen und der minimalen Stromdichte beträgt weniger als 1 %, und um der Effizienz und Genauigkeit der Berechnungen Rechnung zu tragen Die endgültige Anzahl der Gitter wird als 1169091 festgelegt. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66643/66643fig02large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 3" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66643/66643fig03.jpg"> Abbildung 3: Modell zur Analyse des Temperaturfelds des Außenschranks. (A) Temperaturverteilung der Schale mit Icepak-Lösung. (B) Temperaturverteilung der Schale mit stationärer thermischer Lösung. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66643/66643fig03large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<img alt="Figure 4" class="xfigimg" src="/files/ftp_upload/66643/66643fig04.jpg"> Abbildung 4: Modell zur Analyse des internen Temperaturfelds des Kreislaufs. (A) Temperaturverteilung der leitenden Schleife mit Icepak-Lösung (B) Temperaturverteilung der leitenden Schleife mit stationärer thermischer Lösung. <a href="https://www.jove.com/files/ftp_upload/66643/66643fig04large.jpg" target="_blank">Bitte klicken Sie hier, um eine größere Version dieser Abbildung anzuzeigen.</a>
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td colspan="3">Material</td>
			<td>Luft</td>
			<td>Verzinktes Stahlblech</td>
			<td>Kupfer</td>
			<td>Aluminium</td>
		</tr><tr><td colspan="3">Spezifische Wärmekapazität (J/(kg· K))</td>
			<td>1007</td>
			<td>500</td>
			<td>500</td>
			<td>897</td>
		</tr><tr><td colspan="3">Dichte (kg/m³)</td>
			<td>1.1614</td>
			<td>8030</td>
			<td>8900</td>
			<td>2689</td>
		</tr><tr><td colspan="3">Relative Permeabilität</td>
			<td>1</td>
			<td>0.3</td>
			<td>0.9999991</td>
			<td>/</td>
		</tr><tr><td colspan="3">Relative magnetische Permeabilität</td>
			<td>1</td>
			<td>2500</td>
			<td>1</td>
			<td>1</td>
		</tr><tr><td colspan="3">Wärmeleitfähigkeit (W/(m·K))</td>
			<td>0.026</td>
			<td>16</td>
			<td>386</td>
			<td>237</td>
		</tr><tr><td colspan="3">Emissionsgrad</td>
			<td>/</td>
			<td>0.65</td>
			<td>0.3</td>
			<td>0.1</td>
		</tr><tr><td colspan="3">Elektrische Leitfähigkeit (S/m)</td>
			<td>/</td>
			<td>0.8</td>
			<td>5,80E+07</td>
			<td>/</td>
		</tr></tbody></table>Tabelle 1: Physikalische Parameter einiger Materialien in der Ringhaupteinheit.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td>Komponenten</td>
			<td>Relative Permeabilität</td>
			<td>Leitfähigkeit/s</td>
			<td>Material</td>
		</tr><tr><td>Stromführende Stromkreise (Sammelschiene, Abzweigsammelschiene, etc.)</td>
			<td>0</td>
			<td>3,00,00,000</td>
			<td>Aluminiumlegierung</td>
		</tr><tr><td>Vakuum-Leistungsschalter</td>
			<td>0.9999</td>
			<td>2,00,00,000</td>
			<td>Kupferlegierungen</td>
		</tr><tr><td>Körper</td>
			<td>200</td>
			<td>11,00,000</td>
			<td>Baustahl</td>
		</tr></tbody></table>Tabelle 2: Liste der Materialien für jede Komponente.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td>Ohmscher Verlust W/m³</td>
			<td>Ein</td>
			<td>B</td>
			<td>C</td>
		</tr><tr><td>Ausgang des Armes</td>
			<td>3.78</td>
			<td>3.72</td>
			<td>3.73</td>
		</tr><tr><td>Abzweig-Stromschiene</td>
			<td>2.1</td>
			<td>2.09</td>
			<td>2.1</td>
		</tr><tr><td>Flexible Anbindung</td>
			<td>1.3</td>
			<td>1.3</td>
			<td>1.3</td>
		</tr><tr><td>Vakuum-Leistungsschalter</td>
			<td>1.023</td>
			<td>0.95</td>
			<td>0.98</td>
		</tr><tr><td>Statische Kontakte</td>
			<td>0.36</td>
			<td>0.36</td>
			<td>0.36</td>
		</tr><tr><td>Stromschiene für Zuführung</td>
			<td>1.33</td>
			<td>1.35</td>
			<td>1.32</td>
		</tr><tr><td>Kupferrohre für Abzweigschienen</td>
			<td>6.19</td>
			<td>6.35</td>
			<td>9.78</td>
		</tr></tbody></table>Tabelle 3: Ohmsche Verlustwerte für Komponenten der Phasen A, B und C.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td>Zahl</td>
			<td>1</td>
			<td>2</td>
		</tr><tr><td>Materia</td>
			<td>Aluminium6061-T6</td>
			<td>Cu-Rein</td>
		</tr><tr><td>Wärmeleitfähigkeit (W/m·K)</td>
			<td>167</td>
			<td>387.6</td>
		</tr><tr><td>Dichte (kg/m³)</td>
			<td>8933</td>
			<td>2700</td>
		</tr><tr><td>Spezifische Wärmekapazität/(kg· K)</td>
			<td>/</td>
			<td>896</td>
		</tr><tr><td>Oberflächenmaterial</td>
			<td>Paint-AL Oberfläche</td>
			<td>Cu-polierte Oberfläche</td>
		</tr><tr><td>Emissionsgrad</td>
			<td>0.35</td>
			<td>0.052</td>
		</tr></tbody></table>Tabelle 4: Einstellungen der Materialparameter.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td>Temperaturmesspunkt/Temperatur (°C)</td>
			<td>Ein</td>
			<td>B</td>
			<td>C</td>
		</tr><tr><td>Oberer Auslassarm</td>
			<td>25.48</td>
			<td>25.79</td>
			<td>25.63</td>
		</tr><tr><td>Hauptstromschiene</td>
			<td>25.93</td>
			<td>26.28</td>
			<td>26.13</td>
		</tr><tr><td>Abzweig-Stromschiene</td>
			<td>29</td>
			<td>29.18</td>
			<td>30.01</td>
		</tr><tr><td>Abzweig-Sammelschiene Kupferrohr</td>
			<td>31.04</td>
			<td>31.18</td>
			<td>31.24</td>
		</tr><tr><td>Unterer Auslassarm</td>
			<td>26.5</td>
			<td>26.98</td>
			<td>26.92</td>
		</tr></tbody></table>Tabelle 5: Temperaturwerte der einzelnen Phasen der Ringhaupteinheit unter dem stationären thermischen Temperaturfeldauflösungsmodul.
<table border="1" fo:keep-together.within-page="1" fo:keep-with-next.within-page="always"><tbody><tr><td>Temperaturmesspunkt/Temperatur (°C)</td>
			<td>Ein</td>
			<td>B</td>
			<td>C</td>
		</tr><tr><td>Oberer Auslassarm</td>
			<td>23.73</td>
			<td>23.82</td>
			<td>23.81</td>
		</tr><tr><td>Hauptstromschiene</td>
			<td>25.15</td>
			<td>25.17</td>
			<td>25.35</td>
		</tr><tr><td>Abzweig-Stromschiene</td>
			<td>27.76</td>
			<td>28.04</td>
			<td>29.07</td>
		</tr><tr><td>Abzweig-Sammelschiene Kupferrohr</td>
			<td>28.42</td>
			<td>29.31</td>
			<td>30.91</td>
		</tr><tr><td>Unterer Auslassarm</td>
			<td>24.95</td>
			<td>24.85</td>
			<td>26.33</td>
		</tr></tbody></table>Tabelle 6: Temperaturwerte an den Überwachungspunkten jeder Phase des Ringschranks unter dem Icepak Temperaturfeld-Lösungsmodul

Vergleichende Studie zur Simulation des Temperaturanstiegs in der Ringhaupteinheit

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