基于CFD的风电机组塔筒通风散热数值模拟及优化分析*

doi:10.11985/2022.01.016

电气工程学报 ›› 2022, Vol. 17 ›› Issue (1): 122-128.doi: 10.11985/2022.01.016

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基于CFD的风电机组塔筒通风散热数值模拟及优化分析^*

端和平(), 姜婷婷(), 罗勇水(), 申新贺(), 李永亮()

浙江运达风电股份有限公司风力发电技术重点实验室杭州 311100

收稿日期:2021-05-09 修回日期:2021-09-04 出版日期:2022-03-25 发布日期:2022-05-06
作者简介:端和平,男,1995年生,硕士。主要研究方向为机组尺度建模与仿真。E-mail： 1462139844@qq.com;
姜婷婷,女,1989年生,博士。主要研究方向为风电场微尺度数值模拟。E-mail： 794678784@qq.com;
罗勇水,男,1987年生,硕士。主要研究方向为机械设计与制造。E-mail： 343145113@qq.com;
申新贺,男,1980年生,硕士。主要研究方向为风资源开发与利用。E-mail： 457736809@qq.com;
李永亮,男,1981年生。主要研究方向为风资源评估与利用。E-mail： 572335404@qq.com
基金资助:
*国家重点研发计划资助项目(2018YB1501105)

Numerical Simulation and Optimization Analysis of Wind Turbine Tower Ventilation and Heat Dissipation Based on CFD

DUAN Heping(), JIANG Tingting(), LUO Yongshui(), SHEN Xinhe(), LI Yongliang()

Key Laboratory of Wind Power Technology of Zhejiang Province, Zhejiang Windey Co., Ltd., Hangzhou 311100

Received:2021-05-09 Revised:2021-09-04 Online:2022-03-25 Published:2022-05-06

摘要/Abstract

摘要：

风电机组变压器内置塔筒是一种新型的布置方式,但不可避免地带来运行发热量大、增加塔筒空气环境温度等问题。鉴于此,采用计算流体动力学(Computational fluid dynamics,CFD)技术对内置变压器的塔筒双层原机械通风散热系统进行了数值模拟研究,通过分析计算结果的速度场和温度场,指出原方案的不足,并在此基础上提出三种递进式优化方案,通过对比原方案和各优化方案的温度计算结果,证明了优化方案的有效性,优化结果满足塔筒环境温度设计要求。

关键词: 变压器内置, CFD, 通风散热

Abstract:

The built-in transformer of wind turbine is a new arrangement, but it inevitably brings problems such as high heat output, increasing air ambient temperature and so on. In view of this, CFD technology is used to study the numerical simulation of the tower drum double-layer original mechanical ventilation and heat dissipation system with built-in transformer. By analyzing the speed field and temperature field of the calculation results, the shortcomings of the original scheme are pointed out. On this basis, three progressive optimization schemes are proposed. By comparing the temperature calculation results of the original scheme and each optimization scheme, the effectiveness of the optimization scheme is proved. The optimization results meet the design requirements of tower ambient temperature.

Key words: Built-in transformer, CFD, heat dissipation

中图分类号:

TK83

端和平, 姜婷婷, 罗勇水, 申新贺, 李永亮. 基于CFD的风电机组塔筒通风散热数值模拟及优化分析^*[J]. 电气工程学报, 2022, 17(1): 122-128.

DUAN Heping, JIANG Tingting, LUO Yongshui, SHEN Xinhe, LI Yongliang. Numerical Simulation and Optimization Analysis of Wind Turbine Tower Ventilation and Heat Dissipation Based on CFD[J]. Journal of Electrical Engineering, 2022, 17(1): 122-128.

图/表 9

图1

表1

表2

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图5

参考文献 13

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名称	塔筒	变流器	排风扇管道	变压器罩	内外绕组	内外绕组空隙	内绕组与铁心	铁心
几何尺寸/m	直径4.5,总高16.15	2.6×0.55×2	长3.5	底面八边形,周长8.23,高2.46	高1.33	—	—	1.64×0.25×2.13
网格尺寸/m	0.1	0.1	0.05	0.05	0.02	0.02	0.02	0.02
结构体类型	流体	固体	流体	流体	固体	流体	流体	固体

	高低压线圈	铁心	变流器
发热功率/W	31 745(120 ℃)	6 041	33 000
体积/m³	0.835	0.415	2.945
材料属性	铜	铁	铁

方案/℃	第二层塔筒	第一层塔筒	整个塔筒	内绕组	外绕组	内外绕组整体	铁心	变压器罩	z1.65	z2.0	z2.4	风扇出口
原方案	43.63	51.01	45.62	117.53	109.3	112.47	107.81	58.09	62.12	62.78	60.49	61.73
方案一	41.40	50.61	43.89	123.78	130.12	128.00	111.32	58.49	60.74	60.67	59.62	61.81
方案二	41.42	50.48	43.85	123.78	119.31	121.03	109.43	56.13	56.32	59.43	59.64	61.88
方案三	41.43	50.10	43.77	123.80	116.61	120.96	109.97	55.96	55.87	58.95	58.67	61.89

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基于CFD的风电机组塔筒通风散热数值模拟及优化分析^*

Numerical Simulation and Optimization Analysis of Wind Turbine Tower Ventilation and Heat Dissipation Based on CFD

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