空气敷设电缆热-流耦合场仿真及其参数研究

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1、工程硕士学位论文空气敷设电缆热-流耦合场仿真及其参数研究作者姓名郑文坚工程领域电气工程校内指导教师牛海清副教授校外指导教师王晓兵高级工程师所在学院电力学院论文提交日期2018年6月TheStudyofThermal-FluidCouplingFieldSimulationandParametersofCableinAirADissertationSubmittedfortheDegreeofMasterCandidate：ZhengWenjianSupervisor：ViceProf.NiuHaiqingSouthChinaUniversityofTechnologyGuangzhou

2、,China分类号：TM726.4学校代号：10561学号：201521012019华南理工大学硕士学位论文空气敷设电缆热-流耦合场仿真及其参数研究作者姓名：郑文坚指导教师姓名、职称：牛海清副教授申请学位级别：工程硕士工程领域名称：电气工程论文形式：□产品研发□工程设计应用研究□工程/项目管理□调研报告研究方向：电气设备运行评估论文提交日期：2018年6月5日论文答辩日期：2018年6月3日学位授予单位：华南理工大学学位授予日期：年月日答辩委员会成员：主席：孟安波委员：余涛、汪娟娟、刘前进、牛海清摘要在城市用电需求不断增加，输电通道资源日益紧张的背景下，电缆沟敷设和隧道敷设成为常见

3、的电缆敷设方式。由于电缆沟或隧道内敷设的电缆数量多，电缆运行时热量容易集聚，使电缆运行温度升高，严重时甚至影响电缆使用寿命，因此对电缆沟敷设和隧道敷设电缆温度场分布进行准确计算对确保电缆长期可靠运行具有重要意义。目前电缆沟敷设和隧道敷设电缆温度计算中存在电缆温度受周围空气流动影响、计算参数选取不准确等问题。对此本文分析了电缆沟敷设和隧道敷设电缆的传热过程，分别对两种敷设方式下电缆热-流耦合场进行有限元仿真研究，并将仿真计算结果与试验结果进行对比分析验证其正确性。之后基于Sobol’法对空气敷设电缆热-流耦合场仿真中所使用的参数进行了灵敏度分析，并对影响仿真计算结果的重要参数进行了优化。

4、基于热-流耦合场仿真，本文还研究了风速对隧道电缆温度和载流量的影响。本文研究表明，电缆沟敷设和隧道敷设电缆热-流耦合场仿真计算结果与试验结果比较接近，在空气敷设电缆温度分布计算中考虑空气对流作用的影响是正确的；对电缆沟敷设电缆热-流耦合场仿真计算结果影响较大的参数为空气温度、电缆外皮表面发射率和电缆沟壁表面发射率，对隧道敷设电缆热-流耦合场仿真计算结果影响较大的参数为隧道空气入口处温度和隧道空气入口处风速，电缆温度分布的准确计算依赖于这些参数的准确选取；隧道敷设电缆负荷电流越大，则隧道内风速变化对电缆温度的影响越明显，但电缆负荷电流越大，通过改变隧道内风速所能使电缆导体温度下降的幅度越

5、有限。本文对空气敷设电缆热-流耦合场仿真的研究为准确计算电缆沟敷设电缆和隧道敷设电缆温度分布和载流量提供了一种有效的方法。同时通过对仿真计算中所使用的参数进行研究，可以为选取和优化仿真中的重要参数提供指导，提高空气敷设电缆热-流耦合场仿真计算的准确性。关键词：电力电缆；电缆沟敷设；隧道敷设；自然对流；强制对流；耦合场；参数灵敏度IAbstractWiththeincreasingdemandforelectricityandthegrowingshortageoftransmissionchannelinthecity,cabletrenchlayingandtunnellayingb

6、ecomethemostcommoncablelayingmode.It’seasyforheatagglomerationwhichmakesthetemperatureofcableincreaseandaffectsthelifetimeofcablewhenthecablesareinoperation.Therefore,it’ssignificanttocalculatethetemperaturedistributionofcableaccurately.Atpresent,therearesomeproblemssuchastheinfluenceofambientai

7、rflowontemperatureofcableandinaccurateselectionofparametersintemperaturecalculationofcableinair.Thispaperanalyzestheheattransferprocessofthecableinoperationintrenchandtunnelandthethermal-fluidcouplingfieldsimulationofcablein