基于SolidWorks Simulation软件对户外机柜内部的流场、温度场进行计算及仿真分析

本文运用有限元分析软件，对密闭户外机柜及内部设备进行热分析。针对不同结构方式、机柜内部不同流体控制方式，对机柜内部流体运动及温度场分布情况进行仿真模拟分析，获得在不同情况下内部流场、温度场的变化情况，从而为实际应用提供一个理论支撑。

一、前言

由于变电站业务需求及技术的进步，促使变电站一、二次设备的融合，功能向智能化发展，也产生了智能终端设备配置及安装的变化，使其从原来的户内开放式放置向户外密闭式放置过渡。在户外无遮挡情况下，阳光辐射以及设备本身耗散的热量作用使得密封机柜内部温度有可能超出设备允许的范围，装置长时间在超负荷高温下运行，会引起元器件性能的降低，进而导致装置故障，影响整个系统的稳定性，因此在密封的户外机柜中如何控制内部的温度，成为户外机柜设计的关键。

目前对于复杂系统热负荷设计分析，大多采用有限元分析方法。本文以SolidWorks Simulation软件对户外机柜内部的流场、温度场进行计算分析，为户外机柜热仿真提供一种直观效果，提高计算的阅读力。另外根据仿真结果可方便地修改局部结构，使结构设计逐步达到最优。

二、 热传递机理

通常，热量的传输有三种方式。

(1)传导。传导是固体中热传递的主要方式。其传热量与材质的热导率、温差、通过的面积成正比，与通过的长度成反比。

(2)对流。对流是固体表面与附近流体间的传热方式。传热量的大小与对流系数、表面积、表面与流体间的温差成正比。

(3)辐射。热辐射是在一定温度下的物体通过电磁波的形式向外发射的过程。物体热辐射的大小与物体表面积、物体表面辐射系数和温度的4次方成正比。

密闭户外机柜的散热设计就是遵循以上原理，对机柜结构进行优化，合理布局内部元件，选择合适的散热方式，达到对装置内部元器件散热的目的。

三、建立数学模型

1.控制方程

在计算过程中，要考虑流体、传热的综合效果，其计算基础如下。

在稳态情况下：流体的连续方程为。 其中u、v、w为x、y、z方向的速度分量。

动量方程为

其中p为压力，为粘滞系数。

能量方程为。

仿真计算就是通过求解3个方程，获得流体在稳态时各点的u、v、w分布以及P和T分布情况。