Numeerisen virtausdynamiikan käyttö merenalaisen tehomuuntajan jäähdytyksen todentamisessa
Salmeskari, Elina (2015)
2015
Kuvaus
Opinnäytetyö kokotekstinä PDF-muodossa.
Tiivistelmä
Tehomuuntajan sisällä lämpötilaeroista syntyvät tiheydestä aiheuttavat eristenesteen virtauksen. Computational fluid dynamics (CFD) eli numeerinen virtausdynamiikka sisältää nesteen virtauksen, lämmönsiirron ja kemiallisten reaktioiden ratkaisemista fysiikan yhtälöillä. Tämän diplomityön tavoitteena on saada numeeriseen virtausdynamiikkaan perustuva Comsol Multiphysics -simulointiohjelma ABB Oy Transformers -yksikön merenalaisten muuntajien tuotekehityksen työkaluksi. Comsolin soveltuvuutta tutkitaan mallintamalla mitattuja ilmajäähdytteisiä ja merenalaisia muuntajia.
Kirjallisuusosassa käydään läpi virtausdynamiikan ja lämmönsiirto-opin perusteet sekä muuntajan jäähdytys. Tässä osuudessa käsitellään numeerinen virtausdynamiikka muuntajan jäähdytyksessä ja esitellään työssä käytetty Comsol Multiphysics -simulointiohjelma sekä sen käyttämä elementtimenetelmä (FEM). Tämän jälkeen tarkastellaan ilmajäähdytteisen aaltolevysäiliöllisen muuntajan rakenteen mallintamista ja sen simuloitujatuloksia. Virtauksen ja lämmönsiirron ongelman numeerinen ratkaisu perustuu oikeaan reunaehtojen asetteluun.
Työssä luodaan ilmajäähdytteisen muuntajan mallinnuksen avulla aktiiviosan malli, jota hyödynnetään merenalaisessa muuntajassa. Ilmajäähdytteisen ja merenalaisen muuntajan simuloituja arvoja verrataan muuntajien lämpenemäkokeissa mitattuihin tuloksiin, jotta voidaan todeta simulointitulosten luotettavuus. Lopuksi pohditaan, onko tämä simulointiohjelma hyödynnettävissä ABB Oy Transformers:lla tulevissa merenalaisten muuntajien projekteissa.
Diplomityön tuloksena voidaan todeta, että Comsol Multiphysics -simulointiohjelma soveltuu hyvin työkaluksi merenalaisten muuntajien jäähdytyksen todentamisessa. Muuntajien mallin rakenteessa voidaan tehdä vielä pientä hienosäätöä, jolloin päästään vielä parempiin tuloksiin. Lämmönsiirtokerrointa voidaan optimoida paremmaksi sekä eristenesteen virtaus muuttaa osittain turbulenttiseksi virtaukseksi.
Kirjallisuusosassa käydään läpi virtausdynamiikan ja lämmönsiirto-opin perusteet sekä muuntajan jäähdytys. Tässä osuudessa käsitellään numeerinen virtausdynamiikka muuntajan jäähdytyksessä ja esitellään työssä käytetty Comsol Multiphysics -simulointiohjelma sekä sen käyttämä elementtimenetelmä (FEM). Tämän jälkeen tarkastellaan ilmajäähdytteisen aaltolevysäiliöllisen muuntajan rakenteen mallintamista ja sen simuloitujatuloksia. Virtauksen ja lämmönsiirron ongelman numeerinen ratkaisu perustuu oikeaan reunaehtojen asetteluun.
Työssä luodaan ilmajäähdytteisen muuntajan mallinnuksen avulla aktiiviosan malli, jota hyödynnetään merenalaisessa muuntajassa. Ilmajäähdytteisen ja merenalaisen muuntajan simuloituja arvoja verrataan muuntajien lämpenemäkokeissa mitattuihin tuloksiin, jotta voidaan todeta simulointitulosten luotettavuus. Lopuksi pohditaan, onko tämä simulointiohjelma hyödynnettävissä ABB Oy Transformers:lla tulevissa merenalaisten muuntajien projekteissa.
Diplomityön tuloksena voidaan todeta, että Comsol Multiphysics -simulointiohjelma soveltuu hyvin työkaluksi merenalaisten muuntajien jäähdytyksen todentamisessa. Muuntajien mallin rakenteessa voidaan tehdä vielä pientä hienosäätöä, jolloin päästään vielä parempiin tuloksiin. Lämmönsiirtokerrointa voidaan optimoida paremmaksi sekä eristenesteen virtaus muuttaa osittain turbulenttiseksi virtaukseksi.