Name: Estudo Comparativo de Simulação de Aumento de Temperatura na Unidade Principal do Anel (Vídeo) | JoVE Journal
Uploaded: 2024-07-05T13:10:00.000+00:00
Duration: 4 min 35 s
Description: Explore a análise comparativa de simulação de elevação de temperatura em equipamentos elétricos usando métodos de elementos finitos. Este estudo computacional melhora a precisão das previsões térmicas e valida resultados experimentais.

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1. Modelo
NOTA: Devido à estrutura complexa da unidade principal do anel (Figura 1A), um software de design on-line foi escolhido para simplificar a operação da unidade principal do anel.
<ol><li>Simplificação da modelagem<ol><li>Simplifique parcialmente o modelo, preservando a seção da caixa de ar da RMU enquanto remove ou simplifica outros componentes, como eixos isolantes, parafusos de fixação, porcas, componentes de vedação e suportes de suporte de pressão. A versão simplificada é mostrada na (Figura 1B).<ol><li>No processo de simplificação da unidade principal de anel tipo 630A, remova o eixo isolado que conecta a sala do disjuntor com a caixa de instrumentos e muitos parafusos e porcas fixos. Retire as peças de vedação e o suporte de retenção de pressão e conecte os contatos estáticos da viga estática isolada com o barramento do ramal inferior sob a premissa de garantir que toda a configuração tenha a mesma corrente condutora e apenas o disjuntor a vácuo, a placa de fixação do disjuntor e os contatos estáticos e o disjuntor a vácuo sejam retidos.</li>
			<li>Guarde apenas o disjuntor a vácuo, a placa de fixação do disjuntor, o contato estático e a placa de bloqueio do disjuntor a vácuo. No geral, remova os parafusos e juntas do modelo, preencha os orifícios após remover os parafusos com sólidos, reduza o número de peças de malha e otimize as formas irregulares das peças. Remova os instrumentos para operação do painel, placas de montagem, suportes e outras peças operacionais, como caixas de instrumentos, que não afetam o processo de simulação de aumento de temperatura.</li>
			<li>A remoção dos mancais isolados de alguns componentes pode ser desconsiderada na simulação, pois tem pouco efeito nos resultados da simulação. Além disso, as chaves de aterramento que não afetam o uso do equipamento durante a operação normal as removem e mantêm a sala do disjuntor para simulação.</li>
		</ol></li>
		<li>Para excluir qualquer seção, basta selecioná-la e clicar na opção Excluir .</li>
	</ol></li>
</ol>2. Solução de campo parasita
<ol><li>Configurações de pré-processamento NOTA: A emulação de campo de corrente parasita é a base para realizar a solução de campo de temperatura, que requer a análise subsequente da fonte de calor resolvida como uma carga no campo de temperatura.<ol><li>Consulte a documentação do equipamento da unidade principal em anel e os manuais relevantes para obter informações sobre as propriedades físicas e parâmetros de cada componente da unidade principal em anel. Defina os atributos físicos e parâmetros dos componentes da unidade principal do anel em Maxwell com base nas informações obtidas, conforme detalhado na Tabela 1.</li>
		<li>Defina a corrente de carga de campo da corrente parasita em 630 A com uma frequência de 50 Hz. No software Maxwell, selecione Um lado dos braços de saída superior e inferior, entre no módulo de excitação e defina a magnitude da corrente para 630 A. Na seção de configurações da solução, escolha uma frequência de 50 Hz. NOTA: No circuito condutor de uma unidade principal em anel, o caminho formado por todos os componentes do braço de saída superior ao braço de saída inferior é conhecido como sequência de fases. Portanto, neste artigo, as fases A, B e C são organizadas da esquerda para a direita.</li>
		<li>Os parâmetros do material dos componentes da unidade principal do anel são mostrados na Tabela 2.</li>
		<li>Direcione a corrente através dos braços de linha de saída, conexões flexíveis, barramentos, disjuntores, barramentos de suporte de contato estático e barramentos de derivação para cada fase. O objetivo é realizar um caminho de corrente que permita que os componentes completem a carga.</li>
		<li>Utilize a malha adaptativa de Maxwell para completar o controle de grade para o modelo. Use o método de particionamento de malha adaptável Maxwell para componentes maiores e o refinamento de malha local para componentes internos menores. NOTA: Maxwell pode melhorar continuamente a precisão da grade durante o processo de resolução, eliminando a necessidade de clicar em Operações de malha para particionamento de malha adicional.</li>
		<li>Defina o tamanho da etapa da solução. Clique em Análise na árvore do modelo, abra as configurações da Etapa de resolução e defina o Número máximo de passagens como 10. Mantenha outras configurações em seus valores padrão sem fazer alterações.</li>
	</ol></li>
	<li>Princípio do cálculo de campo de correntes parasitas 15,16.<ol><li>Use a primeira equação de Maxwell, que descreve a ação da carga na geração de um campo elétrico17. <img alt="Equation 1" src="/files/ftp_upload/66643/66643eq01.jpg" style="margin: auto;">(1) onde ρ representa a densidade de carga; ε0 representa a constante dielétrica do vácuo.</li>
		<li>Use a segunda equação de Maxwell, que descreve a relação entre um campo magnético variável e um campo elétrico e o efeito de um campo magnético no movimento de uma carga. <img alt="Equation 2" src="/files/ftp_upload/66643/66643eq02.jpg" style="margin: auto;">(2) onde <img alt="Equation 3" src="/files/ftp_upload/66643/66643eq03.jpg" style="margin: auto;"> representa a intensidade do campo magnético. Esta equação descreve que um campo magnético variável produz um campo elétrico de vórtice, ou seja, o spin do campo elétrico do vórtice é igual ao negativo da taxa de variação do campo magnético com o tempo.</li>
		<li>Use a terceira equação de Maxwell, que descreve o efeito da carga magnética na produção de um campo magnético. <img alt="Equation 4" src="/files/ftp_upload/66643/66643eq04.jpg" style="margin: auto;">(3) Esta equação descreve o campo magnético produzido por uma carga magnética como sendo passivo, ou seja, não há monopolos no campo magnético.</li>
		<li>Use a quarta equação de Maxwell, que descreve a relação entre um campo elétrico variável e um campo magnético e o efeito de uma corrente elétrica em um campo magnético. <img alt="Equation 5" src="/files/ftp_upload/66643/66643eq05.jpg" style="margin: auto;">(4) onde <img alt="Equation 6" src="/files/ftp_upload/66643/66643eq06.jpg" style="margin: auto;"> representa a densidade de corrente e μ0 representa a permeabilidade ao vácuo. Esta equação descreve que um campo elétrico variável produz um campo magnético de vórtice, ou seja, o spin do campo magnético do vórtice é igual à soma da densidade de corrente e da taxa de variação do campo elétrico com o tempo.</li>
		<li>Com base nas equações acima, use o Maxwell 3D usando o módulo solucionador de correntes parasitas para resolver a perda ôhmica gerada pelo circuito condutor na RMU, que fornece uma fonte de calor para a análise de simulação térmica subsequente. Sua expressão matemática é dada como18 <img alt="Equation 7" src="/files/ftp_upload/66643/66643eq07.jpg" style="margin: auto;">(5) onde σ denota a condutividade do material do loop condutor; J é a densidade de corrente no loop.</li>
	</ol></li>
	<li>Resultados do cálculo<ol><li>Clique na opção Maxwell 3D na interface e abra a verificação de validação para revisar todas as configurações em busca de erros. Se não houver erros, clique em Analisar tudo para iniciar o processo de resolução.</li>
		<li>Utilize a calculadora de pós-processamento de Maxwell para calcular e representar graficamente as perdas ôhmicas no campo de correntes parasitas da unidade principal do anel, conforme mostrado na Tabela 3.</li>
	</ol></li>
</ol>3. Solução de campo de temperatura
NOTA: Para fins comparativos, divida o campo de temperatura em Icepak e térmico de estado estacionário. Configure e resolva cada um separadamente para obter uma análise comparativa.
<ol><li>Configuração do modelo Icepak<ol><li>Defina as propriedades do material da seguinte forma: designe todos os materiais sólidos do circuito como-Pure, com superfícies usando superfície polida com. Para os componentes do painel, selecione o material Aluminum6061-T6 , com um revestimento de superfície de superfície Paint-AL com uma emissividade de 0,35. Consulte a Tabela 4 para obter detalhes. Clique com o botão direito do mouse no componente selecionado, clique em Editar e vá para Propriedades para definir o material para a superfície e os materiais sólidos.</li>
		<li>Selecione o modelo e clique em Definir no menu Editar e, em seguida, escolha Nível de malha multinível para ajustar as configurações de malha. Defina o gabinete externo para um nível de malha de 2 e todos os limites para um nível de malha de 2. Para todos os outros componentes, defina o nível de malha como 3. Por fim, abra o controle de malha e clique em Gerar para criar a malha.</li>
		<li>Para garantir a precisão e eficiência da simulação, independentemente do tamanho da grade, é necessária a validação da independência da rede. Importe o modelo geométrico do invólucro do campo de temperatura, estabelecido usando o software de projeto para geração de malhas.</li>
		<li>Conforme ilustrado na Figura 2, as curvas de polarização dos quatro conjuntos de grade estão bem alinhadas. Com uma tensão de trabalho de 0,5 V, as densidades de corrente para os quatro conjuntos de grade são 2,357 A/cm2, 2,358 A/cm2, 2,356 A/cm2 e 2,454 A/cm2, respectivamente, com o erro entre as densidades máxima e atual sendo inferior a 1%. Para equilibrar eficiência e precisão, determine o tamanho da grade que vem a ser 987924.</li>
	</ol></li>
	<li>Configuração da solução<ol><li>Defina as direções do Gabinete do domínio da solução para Abertura.</li>
		<li>No software, selecione Etapa do problema. Em Parâmetros básicos, verifique o Modelo de radiação superfície-superfície, escolha Equação zero para Regime de fluxo turbulento, selecione a opção Gravidade para Convecção natural e defina a temperatura ambiente para 20 °C.</li>
		<li>Nas configurações de arquivo, escolha Perdas de calor volumétricas para mapeamento EM e selecione Todos os objetos mostrados para concluir as configurações de perda.</li>
	</ol></li>
	<li>Cálculo do campo de temperatura<ol><li>No icepak, aplique três equações principais de conservação de energia: equação de conservação de massa, equação de conservação de momento e equação de conservação de energia. Especificamente, use a equação de conservação do momento, que é a seguinte19: <img alt="Equation 8" src="/files/ftp_upload/66643/66643eq08.jpg" style="margin: auto;">(6) Equação de Conservação de Energia: <img alt="Equation 9" src="/files/ftp_upload/66643/66643eq09.jpg" style="margin: auto;">(7) Equações de conservação de massa: <img alt="Equation 10" src="/files/ftp_upload/66643/66643eq10.jpg" style="margin: auto;">(8) Equação de transferência de energia para transferência de calor de uma fonte de calor sólida: <img alt="Equation 11" src="/files/ftp_upload/66643/66643eq11.jpg" style="margin: auto;">(9) ρ representa a densidade do fluido; v representa o vetor velocidade do fluxo; T representa a temperatura; p é a pressão; τ é a força viscosa na superfície do micrometabólito; κ é o coeficiente de transferência de calor; Shé a fonte de calor do corpo; h é a entalpia específica do fluido e F é a força corporal do micrometabólito. NOTA: Os resultados dos cálculos do campo de temperatura são mostrados na Figura 3A e na Figura 4A.</li>
	</ol></li>
	<li>Configuração do modelo térmico de estado estacionário<ol><li>Mantenha as propriedades do material de acordo com a Tabela 3 nas configurações do material. Gere as perdas ôhmicas resultantes da análise de simulação de campo de correntes parasitas no módulo Térmico de Estado Estacionário clicando em Geração de Carga Térmica .</li>
		<li>Clique no valor da temperatura por convecção e defina-o para 20 °C, com um coeficiente de convecção de 5 (W/m²°C) aplicado às paredes internas do gabinete, componentes e gabinete externo. Aplique as configurações e gere. Defina a saída para resolver a temperatura clicando em Resolver &gt; Resultados da Saída. NOTA: O principal campo de temperatura que rege as equações no princípio de cálculo do campo de temperatura térmica em estado estacionário 20,21,22 é geralmente derivado da lei da condução de calor (lei de condução de calor de Fourier). No caso unidimensional, a equação de transferência de calor do campo de temperatura pode ser expressa como20: <img alt="Equation 12" src="/files/ftp_upload/66643/66643eq12.jpg" style="margin: auto;">(10) Nesta equação, T representa a temperatura dentro do objeto, t é o tempo, x são as coordenadas espaciais e α é a difusividade térmica. Esta equação descreve a variação da temperatura em relação ao tempo e ao espaço, onde o lado direito expressa a relação entre a taxa de condução de calor e o gradiente de temperatura. Em um cenário tridimensional mais geral, a equação de condução de calor para o campo de temperatura pode ser expressa da seguinte forma: <img alt="Equation 13" src="/files/ftp_upload/66643/66643eq13.jpg" style="margin: auto;">(11) ρ representa a densidade do objeto, c é a capacidade térmica específica, K é a condutividade térmica e Q é o termo da fonte de calor dentro do volume. Esta equação descreve a variação do campo de temperatura, influenciada pela condução de calor, fontes de calor e capacitância térmica.</li>
		<li>Os resultados do cálculo do campo de temperatura são mostrados na Figura 3. Compare os valores de temperatura resumidos na Tabela 5 e na Tabela 6.</li>
	</ol></li>
</ol>

<meta charset="utf8"></head><body>Uma abordagem abrangente para investigar o problema de aumento de temperatura da RMU

<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>Sheikholeslami, M., Khalili, Z., Scardi, P., Ataollahi, N. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Environmental+and+energy+assessment+of+photovoltaic-thermal+system+combined+with+a+reflector+supported+by+nanofluid+filter+and+a+sustainable+thermoelectric+generator%5BTitle%5D)+AND+%22J+Cleaner+Prod%22%5BJournal%5D)">Environmental and energy assessment of photovoltaic-thermal system combined with a reflector supported by nanofluid filter and a sustainable thermoelectric generator.</a> J Cleaner Prod. 438, (2024).</li>
<li>Sheikholeslami, M., Khalili, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Solar+photovoltaic-thermal+system+with+novel+design+of+tube+containing+eco-friendly+nanofluid%5BTitle%5D)+AND+%22Renewable+Ener%22%5BJournal%5D)">Solar photovoltaic-thermal system with novel design of tube containing eco-friendly nanofluid.</a> Renewable Ener. , 222(2024).</li>
<li>Sheikholeslami, M., Khalili, Z. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Environmental+and+energy+analysis+for+photovoltaic-thermoelectric+solar+unit+in+existence+of+nanofluid+cooling+reporting+CO2+emission+reduction%5BTitle%5D)+AND+%22J+Taiwan+Inst+Chem+Eng%22%5BJournal%5D)">Environmental and energy analysis for photovoltaic-thermoelectric solar unit in existence of nanofluid cooling reporting CO2 emission reduction.</a> J Taiwan Inst Chem Eng. 156, 105341(2024).</li>
<li>Zhao, L., et al. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Research+on+the+temperature+rise+characteristics+of+medium-voltage+switchgear+under+different+operation+conditions%5BTitle%5D)+AND+%22IEEJ+Trans+Elect+Electr+Engg%22%5BJournal%5D)">Research on the temperature rise characteristics of medium-voltage switchgear under different operation conditions.</a> IEEJ Trans Elect Electr Engg. 17 (5), 654-664 (2022).</li>
<li>Fjeld, E., Rondeel, W., Vaagsaether, K., Attar, E. <a target="_blank" href="http://www.ncbi.nlm.nih.gov/pubmed?term=((Influence+of+heat+source+location+on+air+temperatures+in+sealed+MV+switchgear%5BTitle%5D)+AND+%22CIRED+-+24th+International+Conference+on+Electricity+Distribution%22%5BJournal%5D)">Influence of heat source location on air temperatures in sealed MV switchgear.</a> CIRED - 24th International Conference on Electricity Distribution. , 1-5 (2017).</li>
<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>Ar</td><td>/</td><td>/</td><td>Gases convencionais</td></tr><tr><td>Alumínio</td><td>/</td><td>/</td><td>Materiais de liga</td></tr><tr><td>Cobre</td><td>/</td><td>/</td><td>Materiais de liga</td></tr><tr><td>Icepak</td><td>ANSYS company</td><td>ANSYS 2021R1</td><td>A CFD software de simulação térmica</td></tr><tr><td>Hospedagem de PC</td><td>/</td><td>CPU Intel(R) Core(TM) i5-13500F de 12ª geração</td><td>Equipamento</td></tr> <tr><td>de computador hostSolidWorks</td><td>Subsidiária da Dassault Systèmes</td><td>SolidWorks2021</td><td>Uma ferramenta de desenho de software de engenharia</td></tr><tr><td>Empresa ANSYS térmica de estado estacionário</td><td></td><td>ANSYS 2021R1</td><td>Uma ferramenta de solução de simulação térmica</td></tr></tbody></table>

estudo comparativo de simulação de aumento de temperatura na unidade principal do anel

Comparative Study of Simulation of Temperature Rise in Ring Main Unit

Com base nos dados da Tabela 3, as seguintes conclusões podem ser tiradas: As perdas gerais para as Fases A, B e C são relativamente semelhantes. Especificamente, as perdas totais para a Fase A são de 16.063 W/m³, a Fase B é de 16.12 W/m³ e a Fase C é de 19.57 W/m³. Os locais com maiores perdas podem estar nas conexões de vários componentes. Isso ocorre principalmente porque a resistência de contato e a resistência do condutor normalmente existem nesses pontos de conexão. Quando a corrente passa por essa...

Estudo Comparativo de Simulação de Aumento de Temperatura na Unidade Principal do Anel

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Engenharia

Este documento descreve um método para a construção de uma incubadora adaptável, baixo custo e transportável para testes microbianos de água potável. Nosso projeto é baseado em materiais amplamente disponíveis e pode operar sob uma variedade de condições de campo, enquanto continua a oferecer as vantagens dos modelos high-end de base laboratorial.

Construção de uma incubadora móvel de baixo custo para o campo e uso em laboratório

Um modelo de simulação que suporta especificamente o desenho preliminar de uma bomba de deslocamento eletrovariável (EVDP) é desenvolvido e parcialmente verificado por experimentos. O desempenho de controle, vida, confiabilidade, etc., podem ser avaliados usando o modelo proposto, que abrange os principais requisitos de desempenho sob a tarefa de projeto preliminar EVDP.

Um método de modelagem e simulação para o design preliminar de uma bomba de deslocamento eletrovariar

Experimentos de aquecimento do solo em laboratório geralmente empregam duas ou mais temperaturas constantes em várias câmaras. Ao apresentar uma câmara ambiental sofisticada, fornecemos um método preciso de controle de temperatura para imitar a magnitude e amplitude da temperatura do solo in situ e melhorar o projeto experimental de estudos de incubação do solo.

Simulando a temperatura em um experimento de incubação do solo

Este artigo apresenta uma microrrede DC com controle hierárquico implementada em um simulador, OPAL RT-Lab. Ele detalha a modelagem do circuito, estratégias de controle primário e secundário e validação experimental. Os resultados demonstram um desempenho de controle eficaz, destacando a importância de uma plataforma experimental robusta para pesquisa e desenvolvimento de microrredes.

Investigação experimental do controle hierárquico em microrredes CC utilizando um simulador em tempo real

Este protocolo descreve um fluxo de trabalho geral para a construção de uma rede neural artificial para simulação de soldagem usando conjuntos de dados gerados automaticamente por meio de scripts Python com funções macro. O fluxo de trabalho é validado em relação a um caso de referência envolvendo soldagem em linha reta de passagem única. A precisão preditiva do modelo substituto mostra uma forte concordância com simulações de elementos finitos.

Desenvolvimento de modelo substituto para experimentos digitais em soldagem

Este artigo apresenta um estudo comparativo sobre o comportamento térmico e a eficiência energética de um elemento de aquecimento dentro de uma caldeira de coluna de destilação, alimentada por corrente alternada (CA) e corrente contínua (CC), avaliando seu desempenho a partir de resultados estatísticos como temperatura mínima e máxima, a média dos dados térmicos e o coeficiente de variação.

Comparação de comportamento térmico e eficiência energética do aquecimento elétrico AC vs. DC em uma coluna de destilação usando análise de termografia infravermelha

Apresentamos um bloco de gradiente de temperatura e detalhamos sua construção e utilização. O bloco fornece 22 temperaturas discretas, distribuídas linearmente entre uma faixa definida pelo usuário de 0 a 90 °C.  Os dados coletados desse sistema permitem testar e desenvolver novas teorias sobre a resposta térmica das taxas de decomposição da matéria orgânica do solo.

Resposta à Temperatura das Taxas de Decomposição da Matéria Orgânica do Solo: Construção e Aplicações de um Bloco de Gradiente de Temperatura

Este protocolo descreve a simulação, fabricação e caracterização de absorvedores metamaterial THz. Tais absorventes, quando acoplado com um sensor apropriado, ter aplicações em imagiologia THz e espectroscopia.

Fabricação de simulação, e Caracterização de THz Absorvedores de metamateriais

As experiências de alta pressão e de alta temperatura aqui descritas imitar processos de diferenciação interior planeta. Os processos são visualizados e melhor compreendido por imagens de alta resolução 3D e análise química quantitativa.

Simulação do Planetary Interior Diferenciação processos laboratoriais

Nós apresentamos uma técnica para obter baixa velocidade a colisões de velocidade intermediária entre agregados de poeira frágeis em laboratório. Para esta finalidade, duas vácuo gota-torre configurações têm sido desenvolvidas que permitem velocidades de colisão entre &lt;0,01 e ~ 10 m / seg. Os eventos de colisão são registrados por imagens em alta velocidade.

Laboratório Gota Torres para a Simulação Experimental de Colisões Dust-agregados no sistema solar precoce

Explore a análise comparativa de simulação de elevação de temperatura em equipamentos elétricos usando métodos de elementos finitos. Este estudo computacional melhora a precisão das previsões térmicas e valida resultados experimentais.

Estudo Comparativo de Simulação de Aumento de Temperatura na Unidade Principal do Anel

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