本发明涉及环网柜保护技术领域，尤其涉及一种利用有限元模型设计抗凝露型环网柜外壳的方法。
背景技术：
环网柜因结构简单、维修量很小、运行费用低、运行可靠且安全等优点广泛应用于城市配电系统，但在我国长江以南地区，高温湿热的环境容易使得环网柜遭遇到严重的凝露问题，造成环网柜内设备生锈、操作机构卡涩腐蚀，线路短路跳闸等现象出现，直接影响供电安全。
为了减少环网柜凝露问题的发生，目前普遍采用的防凝露措施主要是提升辅助设计，包括通过配电室强制通风、设置除湿机、设置加热器、使用干燥剂等来控制湿度。
然而，由于辅助设计中的有源设备（如抽风机、加热器和半导体制冷器等）由二次电源单独供能，不仅安装改造的工程量大，而且需靠人力完成有源设备的投入和切除，可操作性差，造成以下两个极端情况出现：（1）有源设备投入后一直运行，造成不必要的耗电浪费；（2）没有根据气候变化及时启动有源设备，导致柜内凝露情况无法得到改善。即便利用凝露传感器来自动启动有源设备加热防凝露，也存在以下两个缺陷：（1）由于凝露传感器是被动型动作器件，因此在动作时间上缺少预防过程；（2）如果凝露传感器安装位置不当，不能保证凝露最先发生在传感器附近，亦不能保证有源设备的及时投入。
同时，辅助设计中的干燥剂属于耗材，需要预测饱和时间人力进行更换或烘干。
技术实现要素：
本发明实施例所要解决的技术问题在于，提供一种利用有限元模型设计抗凝露型环网柜外壳的方法，能够对环网柜内部的湿度、温度及风速等进行全面和准确的建模分析，使得形成的环网柜可不需采用现有技术中的防凝露措施，即可达到削减凝露效果，降低电气事故发生率等目的。
为了解决上述技术问题，本发明实施例提供了一种利用有限元模型设计抗凝露型环网柜外壳的方法，所述方法包括：
S1、通过三维软件对环网柜设备整体三维建模，所述模型涉及的参数包括环网柜与外壳前后左右的间距、顶部空间的高度、通风口的形状，通风口的位置分布以及外壳顶部的倾角；
S2、将所述模型导入ANSYS软件的CFX工具箱中进行网格划分；
S3、设置所述模型的边界条件；
S4、通过模拟计算，获得环网柜外壳的各种数据；
S5、判定所述获得的环网柜外壳的各种数据是否满足预定条件；
S6、如果否，则调整所述三维设备模型涉及的参数之中其一或其多对应的值，并返回步骤S2；
S7、如果是，则输出所述获得的环网柜外壳的各种数据。
其中，所述步骤S1中采用的三维软件为SolidWorks软件。
其中，所述步骤S3具体包括：
选择流体种类并设置相关参数；其中，所选的流体种类为25摄氏度的空气或一定比例混合的空气和水蒸汽；所述设置的相关参数包括流体的湍流类型、流体的传热类型以及重力场；
设置所述模型的界面参数；其中，所述设置的界面参数包括导入所述模型每个面的类型、环网柜外壳材料的表面粗糙度、环网柜外壳材料壁面的导热系数以及母线穿过部位平均面积的发热功率。
其中，在低雷诺数下，所述流体的湍流类型采用k-Epsilon模型来计算介质流动，且所述流体的传热类型采用热焓模型来计算气体传热。
其中，所述计算的气体传热包括对流换热及热传导。
其中，当导入所述模型某一个面的类型包括通风口时，则所述通风口在所述导入面上可设置成气体单向流动或气体自由双向流动。
其中，当所述环网柜外壳材料采用钢铁时，所述环网柜外壳材料的导热系数为49.9W/m·K。
其中，所述获得的环网柜外壳的各种数据包括流经通风口的流量大小、气体的流线图、壁面的温度与压强分布情况以及内部湿度分布情况。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明利用ANSYS软件的CFX工具箱对特定结构和通风口分布的环网柜设备开展流-热耦合仿真，最终从仿真结果可以得出环网柜外壳的各种数据（如流经通风口的流量大小、气体的流线图、壁面的温度与压强分布情况以及内部湿度分布情况等指标），利用环网柜外壳的各种数据与凝露发生条件的关联性可以评判该设计抗凝露的性能，使得形成的环网柜可不需采用现有技术中的防凝露措施，即可达到削减凝露效果，降低电气事故发生率等目的。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。
图1为本发明实施例提供的利用有限元模型设计抗凝露型环网柜外壳的方法的流程图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。
如图1 所示，为本发明实施例中，提供的一种利用有限元模型设计抗凝露型环网柜外壳的方法，所述方法包括：
步骤S1、通过三维软件对环网柜设备整体三维建模，所述模型涉及的参数包括环网柜与外壳前后左右的间距、顶部空间的高度、通风口的形状，通风口的位置分布以及外壳顶部的倾角；
步骤S2、将所述模型导入ANSYS软件的CFX工具箱中进行网格划分；
步骤S3、设置所述模型的边界条件；
步骤S4、通过模拟计算，获得环网柜外壳的各种数据；
步骤S5、判定所述获得的环网柜外壳的各种数据是否满足预定条件；如果否，则执行下一步骤S6；如果是，则跳转到步骤S7；
步骤S6、调整所述三维设备模型涉及的参数之中其一或其多对应的值，并返回步骤S2；
步骤S7、输出所述获得的环网柜外壳的各种数据。
应当说明的是，环网柜外壳的各种数据包括流经通风口的流量大小、气体的流线图、壁面的温度与压强分布情况以及内部湿度分布情况。
在本发明实施例中，步骤S1中采用的三维软件为SolidWorks软件，且模型所涉及参数数值的变动，会改变环网柜内部风路进出情况而影响通风效果。
在本发明实施例中，步骤S2中网格划分需满足ANSYS软件的计算要求。
在本发明实施例中，步骤S3具体包括：
选择流体种类并设置相关参数；其中，流体种类可以选25摄氏度的空气，也可以选一定比例混合的空气和水蒸汽，混合比例参考所在地区的气候环境；所设置的相关参数包括流体的湍流类型、流体的传热类型以及重力场。在一个实施例中，在低雷诺数下，流体的湍流类型采用k-Epsilon模型来计算介质流动，且流体的传热类型采用热焓模型来计算气体传热，所计算的气体传热包括对流换热及热传导，但不考虑气体动能带来的能量变化；
设置模型的界面参数；其中，设置的界面参数包括导入模型每个面的类型、环网柜外壳材料的表面粗糙度、环网柜外壳材料壁面的导热系数以及母线穿过部位平均面积的发热功率。在一个实施例中，当导入模型某一个面的类型包括通风口时，则通风口在导入面上可设置成气体单向流动或气体自由双向流动，如通风口表面类型可以选择INLET，即流体在可通过该表面单向流动，并设置入口风速，其他部位的表面类型设置为WALL对内部流体进行约束；通风口表面类型也可以选择OPEN，即流体在可通过该表面自由双向流动，其他部位的表面类型设置为WALL对内部流体进行约束。在另一个实施例中，环网柜外壳材料可采用钢铁，也可采用工程塑料；当环网柜外壳材料采用钢铁时，环网柜外壳材料（钢铁）的导热系数为49.9W/m·K，而采用工程塑料的导热系数较低。
应当说明的是，母线及带电设备所在部位的表面温度因发热而高于周围空气，故环网柜内部潮湿空气不会在上述部位关键表面直接冷凝，而发生故障的主要原因是其他部位的冷凝水坠落或流动至上述部位的表面。由于气流的动力不仅来自风压，还包括热压，因此有必要设计母线穿过部位平均面积的发热功率，通过加强自然通风对母线穿过部位进行散热，降低环网柜内部的温度差，进而破坏凝露形成的条件，使得形成的环网柜可不需采用现有技术中的防凝露措施，即可达到削减凝露效果，降低电气事故发生率等目的。
在本发明实施例中，步骤S5中所获得的环网柜外壳的各种数据应在预定的合理范围内找出最优结果。
实施本发明实施例，具有如下有益效果：
本发明利用ANSYS软件的CFX工具箱对特定结构和通风口分布的环网柜设备开展流-热耦合仿真，最终从仿真结果可以得出环网柜外壳的各种数据（如流经通风口的流量大小、气体的流线图、壁面的温度与压强分布情况以及内部湿度分布情况等指标），利用环网柜外壳的各种数据与凝露发生条件的关联性可以评判该设计抗凝露的性能，使得形成的环网柜可不需采用现有技术中的防凝露措施，即可达到削减凝露效果，降低电气事故发生率等目的。
本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，所述的存储介质，如ROM/RAM、磁盘、光盘等。
以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。