Математическое моделирование физико-химических процессов в кабельных изделиях при электрической перегрузке

• Автор: Григорьева, Муза Михайловна
• Шифр специальности: 05.09.02, 01.04.14
• Научная степень: Кандидатская
• Год защиты: 2010
• Место защиты: Томск
• Количество страниц: 114 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ
ВВЕДЕНИЕ
ГЛАВА 1. СОВРЕМЕННОЕ СОСТОЯНИЕ ТЕОРЕТИЧЕСКИХ И ЭКСПЕРИМЕНТАЛЬНЫХ ИССЛЕДОВАНИЙ ФИЗИКОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В КАБЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЯХ ПРИ

ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЕРЕГРУЗКЕ.

ГЛАВА 2. МАТЕМАТИЧЕСКОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ ФИЗИКОХИМИЧЕСКИХ ПРЕВРАЩЕНИЙ В КАБЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЯХ В УСЛОВИЯХ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЕРЕГРУЗКИ. МЕТОД РЕШЕНИЯ

2.1 Физическая постановка задачи.

2.2 Математическая постановка задачи.

2.3 Метод решения

2.4 Решение уравнений энергии

2.5 Решение уравнений теплопроводности.

2.6 Решение уравнения диффузии.

2.7 Оценка достоверности получаемых результатов
2.8 Алгоритм решения задачи
ГЛАВА 3. РЕШЕНИЕ ТЕСТОВЫХ ЗАДАЧ
3.1 Одномерный теплоперенос в бесконечном цилиндре.
3.2 Одномерный теплоперенос в плоской бесконечной пластине с внутренними источниками тепла
3.3 Одномерный теплоперенос в плоской бесконечной пластине с химической реакцией в материале термическое разложение.
3.4 Одномерный теплопсренос в плоской двухслойной бесконечной пластине.
3.5 Двумерный теплоперенос в пластине с фазовым переходом на
двух границах испарение материала
3.6 Двумерный теплоперенос в пластине с излучением на границах.
ГЛАВА 4. ЧИСЛЕННОЕ ИССЛЕДОВАНИЕ ФИЗИКОХИМИЧЕСКИХ ПРОЦЕССОВ В КАБЕЛЬНЫХ ИЗДЕЛИЯХ В УСЛОВИЯХ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ПЕРЕГРУЗКИ.
4.1 Одномерный теплоперенос в двухслойном проводе при электрической перегрузке.
4.2 Двумерный теплоперенос в трехслойном кабеле при электрической перегрузке и ограниченном теплообмене
4.3 Сопряженный тепломассоперенос в трехслойном кабеле при электрической перегрузке и ограниченном теплообмене до реализации условий термического разложения материала оболочки.
4.4 Сопряженный тепломассоперенос в трехслойном кабеле при электрической перегрузке и ограниченном теплообмене с реализацией условий термического разложения материала оболочки
4.5 Анализ влияния основных факторов на температурное поле, характеристики процессов термического разложения и воспламенения кабельного изделия при электрической перегрузке и ограниченном теплообмене.
4.5.1 Анализ влияния длительности и интенсивности электрической перегрузки на температурное ноле,
характеристики процессов термического разложения и воспламенения кабельного изделия
4.5.2 Анализ влияния теплофизических характеристик материала перегородки на характеристики процессов термического разложения и воспламенения кабельного изделия при электрической перегрузке и ограниченном
теплообмене.
4.5.3 Анализ влияния полутолщины перегородки на характеристики процессов термического разложения и
воспламенения кабельного изделия при электрической
перегрузке и ограниченном теплообмене.
4.6 Сравнение результатов численных и экспериментальных исследований физикохимических процессов в кабельных изделиях в условиях электрической перегрузки.
4.7 Обобщение результатов выполненных исследований.
Рекомендации по дальнейшему использованию и развитию разработанного подхода к анализу протекающих в
электротехнических материалах и изделиях процессов
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
ЛИТЕРАТУРА


Однако известно, что снижение горючести материала зачастую сопровождается ухудшением его физикомеханических, диэлектрических и других эксплуатационных и технологических свойств. Это значительно сужает область применения кабелей с оболочкой из таких материалов . Отдельно изучается электротехническая составляющая процессов перегрузки кабельных линий 2, , . Комплексному изучению процессов, протекающих при электрической персфузке кабельных изделий, уделяется недостаточно внимания . Предлагаются упрощенные одномерные математические модели расчета температуры кабеля при электрической перефузке, не учитывающие в полной мере всех влияющих факторов . В частности, не учитывается влияние на процессы тспломассопереноса условий теплообмена, которые имеют место при использовании специальных устройств для монтажа кабельных коммуникаций или при пересечении кабельной линией строительных конструкций, стенок, переборок экзотермическое окисление продуктов термического разложения в окружающем кабель воздухе, оказывающее значительное влияние на температуру оболочки кабеля. Для обеспечения работоспособности кабельных изделий в условиях электрической перефузки и ограниченного теплообмена с окружающей средой необходимо существенно более полное и глубокое изучение всего многообразия протекающих при этом физикохимических процессов распределения тепловых полей, термического разложения, воспламенения и горения электроизоляционных материалов. Создание методов прогноза термической деструкции и воспламенения кабельных изделий позволит продлить их срок службы и сократить количество возгораний, что свидетельствует об актуальности диссертационной работы. Разработка математической модели процесса нестационарного тепломассопереноса в системе кабельное изделие перегородка окружающая среда. Решение задачи нагрева и термического разложения кабельного изделия в условиях электрической перегрузки и ограниченного теплообмена с окружающей средой. Установление положения зон характерных физикохимических процессов распределения тепловых полей, термического разложения, воспламенения относительно поверхностей кабеля и стены. Впервые применен новый подход к анализу работоспособности кабельных изделий в условиях электрической перегрузки и ограниченного теплообмена с окружающей средой. Подход отличается от известных использованием модели, учитывающей тепловыделение в жиле, двумерный тепло и массоперснос, термическое разложение оболочки кабеля, диффузию продуктов термического разложения в среде окислителя и воспламенение горючей смеси. Задача не имеет аналогов по постановке и полученным результатам. Показано, что перегородка, пересекаемая кабельной линией, создает градиент температуры по длине кабеля при электрической перегрузке. Установлено, что воспламенение происходит в воздушной области, на расстоянии нескольких миллиметров от перегородки и поверхности кабеля, так как в этой области достигается максимум температуры и концентрации продуктов термического разложения оболочки кабеля. Практическая значимость. Представленные математические модели, алгоритм и метод численного решения задач диссертации могут быть использованы для оценки работоспособности кабельных изделий в условиях электрической перегрузки и ограниченного теплообмена с окружающей средой. Возможна оценка работоспособности кабельных изделий относительно термического разложения материала оболочки и воспламенения при их тепловом старении, исходя из условий теплообмена и токовых нагрузок. Даны рекомендации по обеспечению работоспособности и снижению пожарной опасности кабельных коммуникаций при электрической перегрузке. Достоверность полученных результатов подтверждается проверками на последовательностях сгущающихся сеток, результатами оценки аппроксимационной сходимости применяемой разностной схемы, сравнения с известными результатами других авторов и имеющимися экспериментальными данными, тестированием на большой группе примеров менее сложных задач. В частности, максимальное отклонение результатов решения тестовых задач от результатов других авторов не превышает 0,, отклонение результатов расчета от экспериментальных данных сопоставимо с погрешностями средств измерений.