帶通風孔開關柜內部凝露數值模擬

劉巍

摘要對帶有通風孔的開關柜進行模擬，在開關柜壁面溫度變化相同時，研究了不同濕度周期性變化下開關柜內部凝露的情況，當濕度與壁面溫度反相位變化時，開關柜內部凝露最為嚴重；同相位變化時，開關柜內部無凝露現象。

關鍵詞開關柜；凝露；溫濕度；數值模擬

開關柜作為配電系統中重要控制設備，其穩定性直接影響著電力系統的正常運行。但柜體常常由于環境潮濕等原因發生凝露造成設備異常，嚴重時會導致安全事故。開關柜防凝露的措施很多，目前應用最廣泛的即在柜體上開通風孔。本文比較了3種不同濕度變化下開關柜內部凝露的情況。

1計算模型

模型如圖1所示，帶通風孔的開關柜簡化成二維腔，其中模型高寬比為2：1，模型右側部分開口。

2控制方程及邊界條件

其中，Yi是組分i的質量分數，s為質量源項，s為能量源項。外界為水蒸氣和干空氣組成的濕空氣，采用壓力進出口邊界，左壁面溫度為323K，右壁面溫度周期性變化，其余壁面均絕熱。

3計算結果和分析

壁面溫度：T=293～303；水蒸氣體積含量：0.0185～0.0225，對3種工況A，B，C進行了模擬，研究了48h內3種工況下開關柜內部的凝露。壁面溫度以及環境濕度變化曲線如圖2所示。

3.1 3種工況下開關柜內流場分布

圖3給出了3種工況下計算時刻為12h的流場分布。外界濕空氣從下部入口進入，經由溫度較高的左壁面，從上部出口流出。由于左右壁面的溫差，柜內形成自然對流。3種工況下流場分布相似，說明開關柜內部流動主要受溫度條件的影響。同時發現：濕空氣在柜體上部形成“渦”，此區域中濕空氣在柜內循環流動，而自然對流難以將這部分濕空氣排出柜外。

3.2 3種工況下開關柜內冷凝量比較

圖4給出了48h內，工況B，C條件下，柜體右側壁面水蒸氣的冷凝速率。而工況A無冷凝。

當壁面溫度越低，外界濕度越高時，冷凝速率越大。工況C條件下，柜內冷凝速率更大，冷凝更加嚴重。在一個周期內，工況B，C的冷凝量分別為2.005g/m3、9.45g/m3。

4結論

1）柜內存在流動死區，即“渦”。若要達到除濕防凝露的最佳效果，應結合其他方式除濕。

2）環境溫度較低時，環境濕度越大，開關柜內越容易產生冷凝，而且冷凝速率也越大。工況C下凝露最嚴重，冷凝量約為工況B的5倍。對于帶通風口的開關柜而言，要注意環境溫濕度控制。