تهویه اتاق ترانسفورماتور، شبیه سازی با انسیس فلوئنت

توضیحات

شرح پروژه (ترانسفورماتور)

هدف از این مسأله، شبیه سازی عددی تهویه اتاق ترانسفورماتور (transformer) با استفاده از نرم افزار انسیس فلوئنت (ANSYS Fluent) است.

ترانسفورماتور تجهیزی هست که می‌تواند انرژی الکتریکی را بین دو یا چند سیم‌پیچ از طریق القای الکترومغناطیسی انتقال بدهد. ترانسفورماتور به دلیل مسائل ایمنی در اتاقی قرار می‌گیرد که در آن باید از سیستم تهویه مطبوع بهینه در محل نگهداری ترانسفورماتور استفاده شود.

ترانسفورماتور به نوعی یک منبع حرارتی محسوب می‌شود که بر دمای هوای محیط تأثیر می‌گذارد.

مدل حاضر را با استفاده از نرم افزار دیزاین مدلر (Design Modeler) به صورت سه بعدی طراحی کردیم. این مدل از یک اتاق دو قسمتی با یک غشای نازک تشکیل شده است.

این اتاق دارای 10 کانال ورودی هوا از طریق بالا و 4 کانال برای خروج هوا در دیوارهای جانبی است. در این اتاق 3 ترانسفورماتور به عنوان منبع حرارت طراحی شده است. برای هر خروجی جریان هوا از یک محیط متخلخل (پنجره لوور) نیز استفاده می‌شود.

سپس مش بندی مدل را با استفاده از نرم افزار انسیس مشینگ (ANSYS Meshing) انجام دادیم. مش بندی از نوع بدون سازمان (unstructured) بوده و تعداد 592411 سلول ایجاد شده است.

روش‌های استفاده شده

در این پروژه، یک اتاق دو قسمتی با یک جداکننده در وسط آن طراحی شده است که توسط دیواری چوبی با رسانایی حرارتی (thermal conductivity) معادل 0.173 W/m.K ساخته شده است. در داخل اتاق سه ترانسفورماتور آلومینیومی با رسانایی حرارتی معادل 202.4 W/m.K وجود دارد که هر کدام دارای منبع حرارتی (heat source) ثابت برابر با 6060.606 W/m³ هستند.

جریان هوا از طریق مجاری طراحی شده در بالای یکی از دیوارهای اتاق ترانسفورماتور (با سرعت‌های برابر با 1531 متربرثانیه و 04/2 متربرثانیه، با زاویه 45 درجه و دمای 303.15 کلوین) وارد اتاق می‌شود. سپس از طریق مجاری خروجی (با فشاری برابر با فشار اتمسفر) خارج می‌شود.

برای توزیع بهتر جریان هوای گرم به فضای خارج از اتاق، از پنجره‌های لوور متصل به مجرای اگزوز (خروج) استفاده می‌شود که هر کدام دارای ضریب تخلخل  (porosity) برابر با 0.6 و مقاومت ویسکوزیته (viscosity resistance) (معکوس نفوذپذیری) 211100000 1/m² هستند.

همچنین انتقال حرارت جابجایی (convection) در اطراف دیواره‌های ترانسفورماتور فرض می‌شود. دمای بالک (bulk) سیال برابر با 300 کلوین و ضریب انتقال حرارت (heat transfer coefficient) برابر با 24 W/m².K است.

از مدل توربولانسی k-epsilon standard برای حل معادلات سیال توربولانسی استفاده می‌شود. همچنین، معادله انرژی (energy equation) برای محاسبه تغییرات دمایی در دامنه محاسباتی فعال شده است.

نتایج

در پایان فرآیند حل، کانتورهای (contour) دو بعدی مربوط به فشار، دما و سرعت به دست آمد. همان‌طور که در کانتور دما مشاهده می‌شود، دمای کلی به دلیل جابجایی اجباری (forced convection) و حرکت جریان هوا درون اتاق ترانسفورماتور کاهش می‌یابد.