Математическое моделирование процессов сложного тепломассопереноса в кабельном канале

• Автор: Навалихина, Екатерина Юрьевна
• Шифр специальности: 05.13.18
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2015
• Место защиты: Пермь
• Количество страниц: 109 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
1. ОБЩИЕ ПОЛОЖЕНИЯ И СОСТОЯНИЕ ПРОБЛЕМЫ
1.1. Прокладка силовых кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена
1.2. Теплофизические характеристики материалов
1.2.1. Теплофизические свойства силового кабеля
1.2.2. Теплофизические свойства окружающей среды
1.3. Математическое моделирование процессов сложного тепломассопе-реноса
1.4. Выводы по главе и постановка задач исследования
2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ ОПИСАНИЕ ПРОЦЕССОВ СЛОЖНОГО ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА В КАБЕЛЬНОМ КАНАЛЕ
2.1. Математическое моделирование процессов сложного тепломассопе-реноса в кабельном канале
2.1.1. Постановка задачи процессов тепломассопереноса в кабельном канале
2.1.2. Исходные данные
2.1.3. Метод решения и исследование сходимости решения
2.2. Выводы по главе
3. ПРОВЕРКА АДЕКВАТНОСТИ МАТЕМАТИЧЕСКОЙ МОДЕЛИ И АЛГОРИТМА РАБОТЫ ПРОГРАММЫ
3.1. Сравнение численных результатов определения температурного поля в кабельном канале с результатами других авторов
3.2. Экспериментальное определение температурного поля в кабельном канале и сравнение с численными результатами
3.3. Выводы по главе
4. ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ПРОЦЕССОВ ТЕПЛОМАССОПЕРЕНОСА И ЭЛЕКТРО- И МАГНИТОДИНАМИКИ В КАБЕЛЬНОМ КАНАЛЕ
4.1. Основные закономерности протекающих процессов для кабельной линии, проложенной в трубе
4.2. Численное исследование влияния различных условий сложного теплообмена на температурное поле в кабельном канале
4.3. Численное исследование температурного поля в кабельном коллекторе
4.4. Выводы по главе
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
СПИСОК ЛИТЕРАТУРЫ
ПРИЛОЖЕНИЕ

ВВЕДЕНИЕ
В настоящее время в современном мире возрастает интерес к использованию силовых кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена, которые находят широкое применение в системах распределения электрической энергии всех классов напряжения. Эта тенденция обусловлена возрастающими требованиями к эксплуатационным характеристикам кабелей. В России показатель использования кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена составляет на данный момент 10-15%, в то время в европейских странах этот показатель вырос до 90% [1].
Прокладка таких кабелей осуществляется различными способами, но для территорий с плотной инфраструктурой в стесненных городских условиях, зачастую, единственной альтернативой передачи больших мощностей электрической энергии являются линии, проложенные в подземном канале.
Однако при распределении электрической энергии в большинстве случаев внутреннее пространство подземных сетей используется неэффективно и в ряде случаев не соответствует правилам безопасности при эксплуатации.
В связи с этим, практический интерес представляют собой задачи повышения энергоэффективности существующих и проектируемых систем передачи электрической энергии с учетом безопасных условий эксплуатации.
Величина номинальной токовой нагрузки силовых кабелей в каждом конкретном случае зависит от ряда факторов: геометрических параметров кабельных линий и подземного канала, теплофизических характеристик конструктивных элементов кабелей и окружающей среды, условий теплообмена, индуцированных токов в металлических экранах кабелей.
Систематическим исследованиям тепловых и электродинамических процессов, протекающих в кабельных линиях и в кабельных каналах и, и как следствие, определению оптимальной токовой нагрузки, посвящено большое количество работ как отечественных авторов, таких как Э.Т.Ларина,
Н.И.Белоруссов, В.А.Привезенцев, так и зарубежных - М. МакГрат, Дж. Неэр.

Поставленная задача решалась аналитически методом Рунге-Кутта. В работе представлены температурные зависимости нагрева и охлаждения кабеля, полученные с помощью численных расчетов и экспериментальных данных. Расхождение по температуре составило 10°С
В работе [91] в отличие от работы [89], авторы с помощью уравнений теплового баланса рассчитывали максимальный рабочий ток силового кабеля при разных режимах заземления экранов. Заземление экранов с обоих концов являлся наименее благоприятным для силовых кабелей с изоляцией из сшитого полиэтилена.
Зайцев Е.С. с соавторами в работе [92] в отличие от работ [89,91] исследовали распределение температуры кабельной линии с помощью дифференциального уравнения Фурье. Рассматривалась одномерная нестационарная задача процесса теплопроводности в силовом кабеле. Решение получено с помощью средств компьютерного моделирования МАТЬАВ и 81М1ЛЛТ9К. Представлены распределения температур в сечении силового кабеля при различных токах в экране.
Титков В.В. в работе [93] оценивал влияние электромагнитного поля на тепловой режим кабельной линии. Была решена стационарная задача процессов электродинамики и теплопередачи для силовых кабелей, проложенных в линию в массиве земли. Для численного расчета температурного поля в кабельной линии использовались двумерные дифференциальные уравнения в частных производных электродинамики и теплопроводности с соответствующими граничными условиями. В работе представлены температурные поля кабельной линии при различных сечениях экранов. Увеличение сечения экрана вело к росту тепловых потерь в них, что приводило к возрастанию максимальной температуры. В работе получены распределения температуры в поперечном сечении кабельной линии при различных режимах заземления экранов.