ansys变压器温度场分析

ANSYS计算温度场及应力场在ANSYS中计算温度场需要考虑的因素有很多，比如热源、热传导、边界条件等。

首先，我们需要在ANSYS中建立一个三维模型，包括几何形状、材料属性和初始条件。

然后，我们可以选择合适的求解器，比如热传导方程求解器，来解决温度场的传导问题。

在建立模型时，需要给定材料的热导率和密度等属性，这些参数可以通过实验测量或者文献资料获得。

对于复杂的几何形状，可以使用ANSYS 的建模工具，比如CAD软件，将实际的几何形状导入到ANSYS中。

然后，我们需要给定边界条件，比如边界上的温度和热通量。

这些条件可以通过实验测量或者根据实际情况进行估计。

在设置好模型后，我们可以选择求解器来解决温度场的传导问题。

ANSYS提供了多种求解器，包括有限元法、有限差分法和有限体积法等。

这些方法可以根据不同的情况选择合适的求解器，并通过迭代计算来获得温度场的分布。

在计算完温度场后，我们可以使用ANSYS的后处理工具来分析和可视化结果。

例如，可以绘制温度云图、温度剖面和温度梯度图，以展示温度场的分布情况。

此外，还可以计算温度场的平均值、最大值和最小值等统计量，以评估系统的性能和安全性。

另外，ANSYS还可以用于计算应力场。

在计算应力场时，需要考虑的因素包括材料的应变-应力关系、加载条件和几何形状等。

首先，我们需要在ANSYS中建立一个三维模型，包括几何形状、材料属性和初始条件。

然后，选择合适的求解器，比如有限元法求解器，来解决应力场的静力学问题。

在建立模型时，需要给定材料的弹性模量、泊松比和密度等属性。

这些参数可以通过实验测量或者文献资料获得。

对于复杂的几何形状，可以使用ANSYS的建模工具，比如CAD软件，将实际的几何形状导入到ANSYS 中。

然后，我们需要给定加载条件，比如施加在模型上的力和边界约束。

这些条件可以根据实际情况进行估计。

在设置好模型后，我们可以选择求解器来解决应力场的静力学问题。

ANSYS提供了多种求解器，包括有限元法、边界元法和模态分析等。

用ANSYS来计算和分析CEFR堆容器温度场和热应力要介绍应用ANSYS程序计算CEFR堆容器的温度场、热应力、地震应力等等，完成CEFR堆容器的整个计算和评定，凸显了ANSYS作为大型通用的有限元程序，对我们核工程实际工作的强大支持，尤其是ANSYS在CEFR堆容器温度场和热应力方面的计算，在一定程度上已经超越了专门热工软件所能完成的范围。

中国实验快堆(CEFR)是国家重点工程，是国家863计划能源领域最重要的项目。

在CEFR以前的初步设计阶段，我们虽然购买了ANSYS 程序，但应用方面没有体现出ANSYS作为国际上大型的通用的有限元分析软件的特点，但是在CEFR施工设计阶段，我们运用ANSYS计算了CEFR堆容器的温度场、热应力、地震应力等等，完成了CEFR堆容器的整个计算和评定，凸显了ANSYS作为大型通用的有限元程序，对我们核工程实际工作的强大支持，尤其是ANSYS在CEFR堆容器温度场和热应力方面的计算，在一定程度上已经超越了专门热工软件能完成的范围。

堆容器是CEFR堆的核心组成部件，按照规范要求，对堆容器的应力强度评定需要计算温度场和热应力，本文利用ANSYS程序的热分析功能，建立堆容器各个部分的分析模型，采用变参数输入、等效热导率等方法计算了堆容器在不同工况下的温度场和热应力，为堆容器的应力强度评定提供各种热应力结果。

1 结构和材料CEFR堆容器由主容器和保护容器双层壳以及堆容器支承组成，外层为保护容器，保护容器外部覆盖有相应厚度的保温层，内层为主容器。

在材料部分，遇到的困难是氩气层如何处理的问题。

按规范要求，氩气层应考虑传导、对流、辐射三种传热方式的混合换热，我们运用ANSYS程序的温度场计算功能，仅由热工提供温度边界条件(环境温度、对流换热系数等)，完成了堆容器轴对称模型的温度场计算，这项工作替代了热工的计算工作。

同时，为了解决占用内存、计算时间等问题，我们在计算中采用了等效热导率的方法：将氩气层作为一种实体材料，与堆容器同时建模分网。

基于Ansys Workbench雅阁ISG温度场仿真分析李新华1杨国威1李哲然2（1．湖北工业大学电气与电子工程学院，430068；2．华中科技大学控制科学与工程系，430074）摘要：本文研究基于Ansys Workbench ISG温度场仿真方法，在此基础上使用Ansys Workbench软件对本田Accord ISG不同工况下的温度场进行仿真，并与电枢绕组温升试验结果做比较，同时讨论电机温度对转子磁钢和磁桥结构的影响。

关键词：ISG，Ansys Workbench，温度场仿真，应力分析Accord ISG Temperature Field Simulation Based onAnsys WorkbenchLI Xinhua1，YANG Guowei1，LI Zheran2（1．School of Electrical & Electronic Engineering，Hubei University of Technology，Wuhan430068，China2．Department of control science and Engineering，Huazhong University of Science andTechnology，Wuhan 430074，China）Abstract:In this paper，ISG temperature field simulation method is researched based on Ansys Workbench．On this basis, the temperature field of the Honda Accord ISG different operating conditions are simulated by Ansys Workbench．And it is compared with the armature winding temperature rise test results．The impact of the motor temperature of the rotor magnet and the magnetic bridge structure are also discussed．Keywords:ISG，Ansys Workbench，temperature field simulation，stress analysis1 引言轻度混合动力汽车集成式起动-发电机ISG（ISG: Integrated Starter Generator）功率和转矩密度高、运行工况多变、特别是工作环境温度高、散热条件差，这些都给电机设计带来了新的挑战，仅按有常规的电磁设计是不够的，还需要对其进行温度场的仿真分析与设计。

基于ANSYS软件的油浸式变压器温度场有限元仿真计算薛飞;陈炯;周健聪;李忠【摘要】应用传热学和流体力学原理分析了变压器内部生热以及散热机制,建立了流固耦合的变压器温度场有限元分析模型,并在此基础上选取了适当的边界条件及求解参数,在综合考虑非线性热源以及随温度变化的油动力粘度的前提下,采用有限元分析软件ANSYS计算了变压器内部的温度场分布,确定了热点的温度及位置.【期刊名称】《上海电力学院学报》【年(卷),期】2015(031)002【总页数】5页(P113-116,126)【关键词】油浸式变压器;热点温度;温度场;流固耦合;有限元;ANSYS软件【作者】薛飞;陈炯;周健聪;李忠【作者单位】上海电力学院电气工程学院,上海200090;上海电力学院电气工程学院,上海200090;国网四川省电力公司资阳供电公司,四川资阳641300;国网四川省电力公司资阳供电公司,四川资阳641300【正文语种】中文【中图分类】TM411;TM743随着电力建设的不断推进，电力设备朝着大型化方向发展，但大型变压器的内部温升控制问题一直是近年来困扰电网运行部门的技术难题之一.《GB/T 1094.7—2008油浸式电力变压器负载导则》中明确指出:“绕组最热区域内达到的温度，是变压器负载值的最主要限制因素，故应尽一切努力来准确地确定这一温度值”.[1]当热点温度超过指定限值时，会加速绝缘老化，缩短变压器寿命，影响变压器的正常运行.因此，开发合适的温度场计算技术，准确计算绕组热点温度及位置是亟待解决的问题.目前，计算变压器热点温度的依据一般是实验结果和实践经验，但其误差较大，不能反映最热点温度和变压器内部整个温度的分布，并且难以确定热点的准确位置.[2]因此，笔者从传热学和流体力学理论出发，结合强大的有限元分析软件ANSYS，建立了油浸式变压器的有限元分析模型，分析并计算了变压器稳态运行下的温度场分布，较为准确地定位出热点的位置.1 发热及传热原理1.1 变压器的热源变压器内部的热量主要由损耗转化而来，包括绕组损耗和铁心损耗，可以表示为:[3]式中:PT——总损耗;PC——铁心损耗;PL——绕组损耗.绕组中的损耗包括直流电阻损耗、涡流损耗及杂散损耗等，其中直流电阻损耗占主要部分，可表示为:式中:I2R——绕组的电阻损耗;PW——绕组中的涡流损耗;PZ——杂散损耗.铁心损耗主要由铁心中的磁滞损耗和涡流损耗构成，可以表示为:式中:P1——铁心中的磁滞损耗;P2——铁心中的涡流损耗;δh——磁滞损耗系数;δe——涡流损耗系数;f——电流频率，Hz;Bm——磁通密度的最大值，Wb/m2.绕组的涡流损耗和直流电阻损耗产生的热量直接作用于绕组，从而引起绕组温度升高，并且也是变压器内部热量的主要来源.1.2 传热机理分析对于油浸式变压器来说，运行中所产生的热量主要以传导和对流方式进行传递，其热量散失过程如图1所示.图1 变压器内部传热原理示意热量的传递过程分为4个部分:一是铁心、绕组产生热量，经内部传导，热量传递到与油接触的外表面;二是外表面的热量经过对流传递到油，油温逐渐升高;三是变压器油向上流动，接触油箱壁，油温下降，油向下流动;四是冷油回到底部又重新流入绕组，形成了闭合的对流路线.油箱壁对空气的辐射传热可忽略不计.因此，热传递在变压器内部固体间表现为热传导，在固体与油之间表现为对流.通过适当假设以及参照能量守恒定律可得出热传导的数学模型[4]假设如下.(1)绕组为各向同性的连续介质.(2)导体的密度、比热容和导热率均为常物性.(3)导体内部有热源且均匀分布.q v为单位体积的生热率，V为导体体积，则qv=P/V.所得微分方程式如下:式中:a——热扩散率，即导温系数;λ——导热系数;c——比热;ρ——密度.在不考虑时变的稳态传热时，式(4)可简化为:对流主要取决于对流换热系数、固体与油流温度差、换热表面积，实际工程中采用牛顿冷却公式:[2]式中:hf——对流换热系数;S——换热表面积;tw——固体表面温度;tf——油流温度.由于对流过程中油的导热系数、比热及密度都是温度的函数，因此正确确定hf是计算变压器内部温度场的关键.[5]2 ANSYS模型的建立ANSYS软件是融合电场、磁场、温度场于一体的大型通用有限元分析软件.其强大的多物理场耦合计算功能使其在跨领域多变工程中得到广泛的使用.[6] ANSYS Workbench Environment(AWE)作为新一代多物理场协同 CAE仿真环境，集建模、有限元分析、优化设计3大模块于一体，为设计人员提供了系统级的解决方案.本文就是利用Workbench对油浸式变压器内部流固耦合的环境进行仿真分析.2.1 确定边界条件及物性参数本仿真过程为稳态求解，即发热和散热达到热平衡.固体所用的比热、导热系数及材料密度均为常数，油的物性参数采用拟合输入，见表1.热源密度为常数，环境温度及初始油温为20℃.表1 变压器油物性参数油的物性数拟合公式动力粘度μ μ=11.71exp(－0.02T)密度ρ ρ=894－0.6(T－273)比热 C C=807.163+3.58T本文所模拟的油浸式变压器只考虑自然对流，并且忽略油箱壁对空气的辐射散热，因此用到两类边界条件，即第1类边界条件和第3类边界条件.油与铁心、绕组及油箱壁之间是典型的对流换热，属第3类边界条件，满足:式中:λ——导热系数;n——法方向.由于油箱的几何形状比较规则，因此自然对流换热系数hf可取均值.式中:Nu——努塞尔数;Ra——瑞利数，Ra=GrPr;G r——格拉晓夫数;α——热膨胀系数，α =1/T;β——运动粘度，m2/s;H——特征尺寸，m;Δt——温差，℃;C，n——比热和法方向，数值由试验确定;Pr——普郎特数.油流与绕组的对流散热比较复杂，由于各绕组的生热率、几何形状及空间位置都不同，使得它们与油之间的hf相差较大，不能采用均值.事实上，油流可分为层流和湍流，两者换热效果相差较大，可通过雷诺系数Re来判断:式中:v——流体流速;ρ——流体密度;L c——特征尺寸;μ——动力粘度.当Re＜2 300时，流动为层流，反之为湍流.对于油箱壁面则用到了传热学中的第1类边界条件，即规定流体边界上的温度为常数20℃.2.2 仿真模型及网格划分本文所选变压器为三相对称，且各相关量的变化成轴对称，即温度场的分布在变压器内部沿圆周方向没有梯度变化，这里选用其中一相，作1/4三维轴对称圆柱体模型进行温度场计算.模型的参数如下:油箱尺寸为820 mm×800 mm×500 mm;铁心导热系数为40 W/mK;生热率为9 651.39 W/m3;绕组导热系数为336W/mK;低压绕组平均生热率为28 954.17 W/m3;高压绕组平均生热率为12 578.81 W/m3.网格划分的方式对分析结果影响较大，本模型为流固耦合模型，因此采用完全非结构化分段划分方法，[7]在耦合交界面以及温度梯度较大的部位网格较细，这样在保证精度的前提下又不至于过分影响系统的计算效率.网格划分后的局部模型如图2所示.图2 模型上端部网格划分2.3 程序计算流程仿真计算流程如图3所示.需要注意的是，要先建立流体场分析模型，在此基础上再建立固体模型，添加材料属性和划分网格.计算结束后对每一次的计算结果进行收敛性以及精度的判断，当精度未达到要求时，返回修改流场参数及网格参数，然后再次进行迭代计算，直到达到足够精度为止.[8]图3 仿真计算流程2.4 仿真结果及分析利用ANSYS软件计算了在环境温度20℃下，额定容量为2 500 kW且在额定负荷运行下的变压器的温度场分布情况，其轴截面温度场分布如图4所示.图4 温度场分布从图4可以看出，铁心及绕组的温度分布都不均匀，下部温度低，上部温度高;最低温度出现在铁心的下端部分，最热点则出现在低压绕组内侧轴向80% ～85%处，其温度为85.7℃，低于变压器所规定的参考温度98℃.[1]从传热学及流体力学的角度考虑，热量从绕组的内侧以一定的传导系数向外传热，在绕组表面与油接触后进行对流换热，沿轴向向上流动，因此要带走一部分热量;同时，绕组上端部散热效果比下端部差，从而使得上面温度高于下面温度;高压绕组在外层，散热效果比低压绕组好，因此温度低于低压绕组.3 结语本文采用ANSYS软件对油浸式变压器进行了建模与仿真，考虑油粘滞度随温度的变化及非线性的绕组发热功率，最后得到变压器内部温度场分布图，并结合传热学及流体力学的原理对所得结果进行了分析.经与经验测量结果及 IEEE推荐方法计算值对比发现，计算精度可满足工程要求，同时也为热点位置的定位提供了理论依据. 参考文献:【相关文献】[1]中国电器工业协会.GB/T 1094.7—2008油浸式电力变压器负载导则[S].北京:中国标准出版社，1994.[2]傅晨钊，汲胜昌，王世山.变压器绕组温度场的二维数值计算[J].高电压技术，2002，28(5):10-12.[3]陈伟根，苏小平，周渠，等.基于顶层油温的变压器绕组热点温度计算改进模型[J].重庆大学学报，2012，35(5):69-75.[4]曲德宇，刘文里，韩波.干式变压器绕组温度场的二维数值分析[J].变压器，2011，48(12):21-25.[5]崔伟，张喜乐，李永刚，等.基于Fluent软件的干式变压器绕组热点温度计算与分析[J].电力科学与工程，2011，27(1):32-35.[6]温波，刘爽，冯加奇，等.油浸式电力变压器绕组温度场的二维仿真分析[J].变压器，2009，46(9):35-38.[7]杜莉，王秀春.油浸式变压器内流场和温度场的数值模拟研究[J].变压器，2012，49(1):19-22.[8]李季，罗隆福，许加柱.电力机车主变压器油箱三维温度场有限元分析[J].高电压技术，2005，31(8):21-23.。

基于ANSYS的温度场仿真分析引言：在工程领域中，温度场分布的仿真分析是一项重要的工作。

温度场分布的准确预测和优化设计对于许多工业过程和产品的设计和改进至关重要。

在这里，我们将介绍一种基于ANSYS软件的温度场仿真分析方法。

一、ANSYS软件简介ANSYS是一种广泛使用的通用有限元分析（FEA）软件。

它提供了强大的功能，可以进行多种物理和工程仿真分析。

其中，温度场分布的仿真分析是ANSYS的一个主要功能之一二、温度场仿真分析的步骤1.几何建模：使用ANSYS的几何模块进行物体的几何建模。

可以通过绘制二维或三维几何形状来定义和创建模型。

2.网格划分：对几何模型进行网格划分，将其划分为小的单元，以便进行离散化计算。

网格划分的质量直接影响到仿真结果的准确性和计算速度。

3.边界条件设置：根据具体的问题，设置物体表面的边界条件。

边界条件包括固定温度、传热系数、对流换热等。

边界条件设置的准确与否对温度场的分布有重要影响。

4.材料属性定义：为物体的各个部分定义材料属性，包括热导率、热容量等。

这些属性是模型中的重要参数，直接影响到温度场的分布。

5.求解和后处理：设置求解算法和参数，开始进行仿真计算。

求解器根据网格和边界条件，通过计算方程的数值解确定温度场的分布。

计算完成后，可以进行后处理，生成温度场分布的图表和报告。

三、温度场仿真分析的应用温度场仿真分析在多个工程领域中得到广泛应用。

以下是几个示例：1.电子设备散热优化：通过温度场仿真分析，可以评估电子设备中的热量分布，优化散热设计，确保电子设备的正常运行和寿命。

2.汽车发动机冷却系统：通过温度场仿真分析，可以预测汽车发动机冷却系统中的温度分布，优化冷却器的大小和位置，提高冷却效果。

3.空调系统设计：通过温度场仿真分析，可以预测房间内的温度分布，优化空调系统的风口布置和参数设置，实现舒适的室内温度。

4.熔炼和混合过程优化：通过温度场仿真分析，可以预测熔炼和混合过程中的温度分布，优化加热和冷却控制，提高生产效率和产品质量。

短圆柱体的热传导过程问题：一短圆柱体，直径和高度均为1m，现在其上端面施加大小为100℃的均匀温度载荷，圆柱体下端面及侧面的温度均为0℃，试求圆柱体内部的温度场分布（假设圆柱体不与外界发生热交换）。

圆柱体材料的热传导系数为30W/(m·℃)。

求解：第一步：建立工作文件名和工作标题在ANSYS软件中建立相应的文件夹，并选择Thermal复选框。

第二部：定义单元类型在单元类型（element type）中选择thermal solid和quad 4node 55，在单元类型选择数字（element type reference number）输入框中输入1，在单元类型选择框里选择Axisymmetric，其余默认即可。

第三步：定义材料性能参数在材料性能参数对话框中输入圆柱体的导热系数30.第四步：创建几何模型、划分网格创建数据点，输入点坐标。

在第一个输入框中输入关键点编号1，并输入第一个关键点坐标0、0、0，重复输入第二个、第三个、第四个关键点，相应的坐标分别为2（0.5,0,0）；3（0.5,1,0）；4（0,1,0）。

结果如下图1所示：在模型中创建直线，选择编号为1、2的关键点生成一条直线，在选取2、3生成一条直线，同样选择编号为3、4和编号为4、1的关键点生成另外两条直线。

结果如下图2所示：之后在plot numbering controls对话框，分别打开KP Keypoint numbers、LINE line numbers、AREA Area numbers，建立直线L1、L2、L3、L4线段。

生成几何模型，如下图所示：在L1、L3线段上划分20个单元，并将L2、L4划分成40个单元格，并在模型上选取编号为A1的平面，如下图所示：将结果进行保存。

第五步：加载求解选择分析类型Steady-State，在Select Entities对话框，第一个下拉列表框中选择Lines，在第二个下拉列表中选择By Num，第三个单选框中选择From Full。