片式散热器散热性能的实验研究

片式散热器散热性能的实验研究

油浸式压试器运行时，由于内部干扰和磁心的损坏，干扰间隙、磁心、油壁和油面的温度增加，从而影响绝缘材料的生命周期。为了将温度和升幅控制在特定范围内，通常使用混热装置进行加热。片式换热器是目前变压器用的主流散热器。提高散热器总传热系数可以增强片式散热器的散热能力,降低变压器的制造成本并延长使用寿命。油浸自冷式散热器,主要用于功率比较小或者对噪音控制要求高而只能用自冷方式的场合。本文希望能够通过对几种片型的散热器的散热实验,找出最佳的片型。1板纹型用户材料整理后的热性能普通的片式散热器如图1所示。国内设计的散热器通常用两块带一定数量纵向浅凹槽的冷轧钢板压合,两块板间纵向用均匀的N条焊缝形成N+1条油道。试验用的对比散热器通过改变冷轧模具结构改变散热器的内部结构。4种片型见图2:单面半圆凸筋搓板纹型散热片和单面三角凸筋搓板纹型散热片是搓板纹型散热片,单片冷轧钢板上冲压的是横向外凸的半圆形或者三角形;单面交错凹圆点纹型散热片,在单片冷轧钢板上冲压出内凹的直径约为10mm的圆点,圆点在板上均匀交错分布,这种散热片取消了常规的油道,圆点相当于焊点,圆点纹处正好是两块钢板的铆合处,油在交错布置的圆点间绕行,不断改变方向;内插螺旋扰流铝带散热片在普通的散热片的单个油道内塞入一根麻花形铝带,其形状配合油道尺寸。对比实验采用了能模拟变压器内部绕组等损耗发热的装置,为使实验结果直观可比,两套发热元件功率能准确控制。结构尺寸相同的模拟变压器分别与普通型及几种改进型散热器连接成系统,系统中充满变压器油,装置放置于大房间内,关闭门窗以减少外界环境强制空气对流的影响。为了得到各种工况下两组片式散热器的散热性能情况,试验装置中采用了调压器和电流互感器来调节发热元件的功率参数。每组散热器布置10个热电偶,测量片壁上对应的温度,并且用热像仪测量了片壁的温度场。2内装电加热器的温度测定调节发热元件的功率分为640W,800W以及1000W等几档。在每次换档后的温升过程中,每隔30min测温一次;把系统工作状态稳定后10min测定的温度作为系统稳定传热时的实验结果。为了测定进出散热器的油温,将一种端头封闭的铜管斜插入上下集管并焊牢,铜管中充满变压器油,热电偶伸入铜管中。实验用热电偶测定散热器片壁外共8点的温度,加上红外点温计测定的4点温度,取平均温度。内装电加热器的圆筒及其与散热器上下集管相连的上下两根横管向外散热,其外壁温度将作为传热计算依据。实验用红外点温计测量平均温度,散热器内油的平均温升(即油与环境空气的平均温差),取油进出散热器时温升的对数平均值。3不同性能测试方法对比实验结果实验对象共有5组:1号试样为单面三角凸筋搓板纹型散热器,2号试样为普通散热器,3号试样为单面半圆凸筋搓板纹型散热器(单面,另一面为平板),4号试样为单面交错凹圆点纹型散热器(单面,另一面为平板),5号试样为内插螺旋扰流铝带型散热器。实验结果整理成表1和表5。利用实验数据可以计算各功率下对比实验的两组散热器各自的散热量与传热系数,以及油自然循环的流量与流速。计算结果如表5和表8。4结果分析4.1油侧换热器系数为5.实验的结果表明,单面三角凸筋搓板纹型(1号试样)与内插螺旋扰流铝带型(5号试样)片式散热器的传热系数较2号试样有了3%～8%的提高。因为油浸自冷散热器空气侧与油侧热阻之比为8～10,因此可以推断油侧的换热系数提高了50%以上。如果采用强迫风冷方式,减小空气热阻,这两种散热器的传热系数还会成倍提高。实验结果还表明,单面半圆凸筋搓板纹型(3号试样)和单面交错凹圆点纹型(4号试样)的传热系数提高不大。由此可以看到,不同散热片的片型对于散热能力有着不同的影响,并非所有的翅片都可以提高传热效率。4.2循环流量的不同采用带翅片的片式散热器油道容积减少,循环油量也可减少;3号试样比2号试样的油量少10%左右,其余的试样比2号试样油量少2%～3%。4.3温油比的影响从实验结果可见,变压器损耗越高,散热器的总散热系数越大,但并不按比例增加。1号试样在提高总传热系数以及降低油温方面的优势随着损耗的加大而变得越来越不明显,这是因为随着电加热器输入的损耗加大,模拟变压器担负的散热量占系统总散热量(即输入电功率)的份额加大而使散热器担负的散热量份额减小所致。在实验中,油处于层流状态。采用两种搓板纹型散热片时,换热面横向发展,同时曲折变化的换热表面破坏了边界层,达到了增强传热的效果。圆点纹型散热片主要通过不断改变油流动的方向,促进了油的扰动与混合,提高了油侧的换热能力。螺旋扰流铝带可以使油流产生漩涡,破坏边界层,提高了传热系数。新型散热片的流道截面形状复杂,油道空间减小,因此,摩擦阻力系数增大,从而导致油的流速降低,循环油量减少。5b内插螺旋扰流铝带型带型的热性能通过实验研究了改变片式散热器的片型或结构对其散热性能与阻力特性的影响,实验表明单面三角凸筋搓板纹型(1号试样)与内插螺旋扰流铝带型(5号试样),螺距与宽度之比为7较合理)散热器的散热能力比普通型(2号试样)有