引起了生产厂商和用户的重视。相应的，标准要求最热点温度可由试验或计算估定，由于成本工作量和难度，通过测量对运行中的变压器最热点温度和位置的确定是项艰巨的任务。从几何结构上看，变压器绕组可归为简单的形式，即分层的和碟状。在实际中，带型冷却通道布置的碟形绕组更为普遍，但由于其复杂的油路，流体和热力计算变得困难。现在研究的焦点就在这类变压器绕组的最热点预测。在变压器中，冷却油在绕组被加热并在散热器被冷却，绕组平均温度主要由油循环条件和温度水平决定。在强制油冷变压器中，油的循环条件因而其冷却术语，传热相互关系中的判定变量覆盖碟的表面间宽度传热相互关系中的判定变量棒的宽度传热相互关系中的判定变量直水平导管的宽度，定压比热，带锥度水平导管的最小宽度，水力直径，带锥度水平导管的最大宽度，局部传热系数，垂直导管宽度，碟的高度，距离，水平导管高度，无量纲距离间隔区高度，下标试验条件数碟环或局部尺寸编号第管内流量质量，径向节数，，每通过次的碟数管的进口局部努珊数绝缘纸测量值轴向节点编号，，预测值试验条件编号普朗特数北部节点碟表面的发热量，沟道出口雷诺数南部节点温度，西部节点棒间中心距，本地值能力是主要因素例如，泵抽吸变压器中的油，但绕组中的油是自然循环或循环油路中的泵是决定因素例如，油被抽吸强行流经绕组，但位于水平沟道的不合适的流量分布可能导致绕组的局部过热。所以，对于精确预计变压器整体和局部最热点温度而言绕组的流体和传热耦合必须被考虑。目前还没有高可靠的因而在变压器设计中频繁使用的泵油冷却或自然冷却技术。在变压器冷却回路中，循环油是由热力所驱动的，即热虹吸。在稳态时，热虹吸回路中的热驱动力应与流阻相等。因而对于保持油循环，较高处油温升高是必要的，这样最热点的温度才能被控制住。由于在热虹吸循环回路流体和传热的全面耦合，自然冷却变压器最热点的预测要考虑绕组沟道中的流体动压损失，和热流的交互。从事绕组沟道液流现象的商业仿真软件研究，包括碟形表面恒定的热消散率作为热边界条件的传热分析。但是在分析中，碟的温度场被忽视，而且由于复杂的绕组沟道几何形状使得模型表述变的困难。当前，液流沟道网格分析流体流动分布的预测方面很流行，这是因为其简单的公式表述以及对于碟的温度场很好的热仿真耦合。其结果被试验和数值结果证实，而且及已经利用液流网格方法接近发展出热耦合模型。液流网格模型接受的边界条件是沟道单位表面积的热流量，温度依赖的油的性质及温度和速度依赖的热传递和摩擦系数被考虑了，但是每个碟中的热传导被忽视了，因而在这个分析中碟的温度被假设为全部相同。这与和的实验结果不符，实验中沿碟的径向的温度变化超过。此外，所有以上模型都忽视了这是圆柱几何体，都近似用直角坐标系处理。和用柱形坐标系构建了个计算机模型并且把碟中的热传导计算在内。但是碟的温度变化被简单的描述为壁面温度和内部温度，并且每个表面的温度假定为相同，内部温度也样。和应用热流网格的概念对绕组碟的温度分布进行仿真，并使其成为绕组沟道里液流液力模型的部分，碟中的每个导体假定为个节点，具有相同的温度和生热功率，绝缘纸中的热传导简化为。因此，这个分析无法把握轴向和径向的热传导，进而碟的些复杂的结构，类似于用和导体做成的结构，不能被精确的仿真。总体上说，个二维的，例如轴对称的热分析对于绕组碟的热分析是必要的。当前，多维的热模型被广泛的应用在层形变压器绕组中对于碟形变压器绕组，和，和，以及，研究了不少数值方法来仿真蝶形绕组的二维温度场，但是所有这些热传导模型，施加在碟表面的热对流边界条件，例如传热系数和平均体积油温都是作为个假定值给定的。在现实中，传热模型的边界条件应由在绕组沟道中油流的液流模型获得。所以，冷却油和绕组碟的温度厂交互作用，并互相耦合，导致对两者迭代求解是必要的。在对传导对流耦合求解的各种分析方法中，个常用的方法是集中参数法，它已经被应用在变压器绕组冷却的仿真中。在集中参数法中，求解区域是所有的碟和环绕他们的冷却沟道，巨大的网格划分可能导致难以得到个收敛解。如果流量质量依赖于温度，在流体分布的网格模型和温度计算中轮换求解是必要的。在当前的研究中，个求解绕组碟的多维仿真耦合热力学问题的方法被提出来，在这方法中，流体沟道网格分析被用来计算油平均体积温度及流体分布，同时，每个绕组碟使用热传导模型被考虑为多维热仿真的个区域。液力模型和热传导模型的耦合由固液界面上的热对流来完成，所以，传热系数的确定对碟温度仿真的精度有重要影响。相关传热研究的概要给出如下。和以及和从事了变压器绕组间油的平均传热系数研究，其值是从现有文献中可用的相关性中的到的。在对试验结果进行回归分析后，也发展出了系列以试验为依据的适用于各种不同的碟形绕组的平均传热系数的相关性。在现实中，复杂的流动沟道绕组中热散失分布可能导致油温和油流具有显著的位置依赖性，进而对流传热系数也有位置依赖性。所以，对于精确预测局部和全局的最热点研究局部传热系数显得更加合理。而且对于决定局部传热系数效应必须被考虑，因为在油浸式变压器中同时用到低流动性雷诺数高流动性普朗特数和相对短流道长度。在绕组传热分析中，绕组沟道常被考虑成两面的壁受热的平行碟，努谢尔特相关数被用来描述局部传热系数，其定义为它可以表示成无量纲距离函数和，把在每个绕组沟道中的冷却油看作是在指定热流密度为边界条件的平行碟间的层流，相应的采用了和提出的相关性，如下。，利用和的分析结果，得到了平行碟间以特定热流密度为边界条件的层流相关性，如下最终它们被运用到油浸式变压器绕组热仿真中。在和的研究中两组源自的相关性被用来计算在指定热流密度和线性变化壁温度的边界条件下绕组沟道的局部传热系数式和只对正在形成的热区中的层流有效。总体而言，沟道进口的的值最高，然后沿液流沟道逐渐降低直到层流进入热稳定区，这里变得不具有距离依赖性并保持为常数。在指定的热流密度条件下，在热稳定区为，如和中所示。在现实中，油浸式变压器绕组沟道中的传热现象不具有理想的指定热流密度和线性变化的壁温，同时，沟道表面粗糙度对传热效率也有影响。因而，试验研究被用来获得自然冷却变压器绕组的合适的传热相关性和几何性质热模型描述在碟形自然冷却变压器绕组中，每个绕组碟由绝缘导线水平缠绕在同轴的圆柱核心上。在两个垫片间的绕组单元被称作通道，如图所示。每个绕组包含了很多这样的通道。不丧失概括性，取个通道来研究，个耦合热模型被提出用来进行绕组碟的二维轴对称仿真，以及油的整体温度和流体分布。图绕组碟的内部结构形成个通道冷却液流被处理成在冷却沟道中具有维的恒定流量质量。在节点处是交汇和分支处，它位于各联接点的中心，如图所示。基本上液力网格的模型方程是根据流入和流出每个联接点的流量的质量守恒定律以及规定每个闭循环的压降的代数和为零而建立的，。个实验研究被用来证实现有液流网格模型的正确性。改进的模型能很好的符合试验及数值结果。绕组碟的温度分布用采用有限体积法的热传导模型来仿真，而在碟表面作为边界条件的对流传热与周围油的整体温度及局部传热系数相关。在几何对称条件下，分析简化为二维圆柱单元。温度和位置依赖于生热率，并考虑了接触热阻，这个模型可以应用到各种不同构造的碟，由单，双，及导体做成的模型如图所示图绕组碟，节点及流体路径编码在热传导模型和液力网格模型的耦合下，个用来同时研究绕组碟二维温度场及冷却油的热和液力场的综合性的热模型被提出来。在液力模型中，为了把握液流的变化和流体性质，液流区域被离散化。在固液界面上，固体和液体的控制体积对位置和尺寸应严格地匹配，如图所示，因而沟道间液流的离散控制方程和碟的这传导能简单的联接起来，如下面和式给出的。在水平的沟道，第各控制体积的温升依赖于吸收热，其值应该等于在碟处邻近的固态控制体积或在碟处，所以能量平衡方程是在竖直的沟道中，第流体控制体积的温升仅仅依赖于在碟中的固体控制体积，这是因为另侧的内壁由于其可以忽略的传热被假定为绝热的。因而，其能量平衡场为流体控制体积的性质有整体平均温度定义图为简单耦合而对固体和液流节点的安排在沟道联接处，来自不同沟道的流体在这里混合，流体的性质由整体平均温度决定。在常压下，冷却油的比热可以认为是常数，因而分支联接处的热方程是，对于交汇联接处，以及很清楚，联接处温度已被离散化。在固液碟油界面上，碟表面的热通量被作为热边界条件输入到液力模型中，如和式所示，而热传导模型中交互式的对流边界条件有液力模型的输出得到。因而，种交互式方法被用来解决热传导和液力模型间的耦合。选择了和提出的相关性来决定热模型的传热系数。它被证实与实验数据相符，总体上，预计精度在内，。实验装置和测量结果个实验研究被实施用来研究在导体生热率通过绕组沟道的总流量和各种各样的沟道几何形状影响下并且在稳态时碟的温度油流以及绕组的温度分布。实验结果用来减少由传热系数引起的不确定性，更大程度上改进热仿真模型的精度和可信赖性。实验装置和方法描述如下。油循环系统实验装置的油循环系统如图所示，实验冷却油采用矿物油。试验用绕组模型装在个试验容器中，它的位置由容器基座上的个插销固定。试验容器的两个出口，包括较低的和较高的，被设计用来保证试验过程中试验模型完全浸没在冷却剂中。顶部容器被用来通过高程水头对测试模型从测试容器的底部供应稳定的油流。总流量通过个截止阀控制并通过流量计测量，流量计为，型号。它的量程为，精度即满量程时。其它的液流操作，类似于反向送油，过滤，排空邮箱以及添加更多的油到系统中，在试验期间也是必要的，它们可以用各种阀门的开关来执行解决。在油循环系统中没有安装特别的散热器。在热性能测试中，顶部容器和管道具有把绕组模