10在电力行业中ComsolMultiphysics®的实际用途

2019年10月16日

看到在现实世界中为真实组织工作的人所做的工作比观看假设的仿真示例更有用。对于您的电力行业中，这可能尤其如此，因为设计失败和其他失误可能会对客户满意度以及底线产生重大影响。

考虑到这一点，这里有10个真正用途的ComsolMultiphysics®仿真软件在电力行业中。

1.预测和最小化变压器中的噪声

变压器非常适合安全地将高压线与局部电源变电站连接起来，但它们并不保持沉默 - 就像高电压很危险一样，高噪声也是如此。ABB企业研究中心（ABB CRC）发现，模拟有效地开发了新的和优化的电力变压器设备，并考虑了噪声法规。特别是，他们需要分析变压器的内部工作，因为噪声源于芯和油箱。

此外，为了产生准确代表现实世界的模拟，ABB CRC的团队必须在单个环境中对电磁，声学和结构力学进行配对。这就是为什么他们转向comsol多物理学的原因。现在，该团队能够在制造之前用最少的嗡嗡声优化其变压器设计。

左：由金属芯制成的变压器，并在不同部分周围缠绕线线圈，受外壳保护和内部绝缘油的保护。右：对核心和变压器周围的声压场的声学分析。

在这里阅读完整的故事：“”从电子表格到多物理应用程序，ABB继续为变压行业提供动力透明

2.准确地计划地下电缆网络

安全的。可靠的。负担得起。管理电网涉及满足所有这些要求。为英格兰和威尔士提供服务的房屋和企业的国家电网在计划铺设新电缆的位置时需要准确的电缆评级，尤其是在使用同一电缆线上使用不同材料进行维修的较旧部分。管理地下有线网络需要深入了解其他电缆周围的土壤，电缆年龄，维修和接近性将如何影响性能。

但是，由于它们的巨大尺寸以及必须在上下文而不是隔离中分析电缆的事实，因此很难测试这些高压系统。有限元分析（FEA）可以完成任务：通过使用COMSOL多物理学对电缆组件进行建模，国家电网最终可以就铺设新电缆以及如何最好地维修旧电缆做出很好的决定，从而最大程度地减少安装成本。

左：地下电缆的一部分。右：显示包含高压电缆的隧道横截面的归一化气流轮廓。

在这里阅读完整的故事：“”国家电网地下电缆路线透明

3.更有效地管理网格

电缆健康评估对于保持电网的运行平稳至关重要。除了使用传统的测试设备（例如红外，紫外线和部分放电）外，评估过程还必须说明电缆结构和材料，电缆中的杂质，电压波动以及操作条件和环境。多物理学模拟会导致更准确的有线健康评估，但是如何在进行健康评估的现场进行这些模拟并做出修复决定？

在中国州电网电力研究所的武汉·纳里集团公司（Wuhan Nari Group Corporation），这个问题的答案是将多物理模型转变为模拟应用程序，并将其交给现场技术人员。COMSOL多物理中的应用程序构建器允许模拟工程师将复杂的模型包装在易于使用的界面，其输入字段有限。通过使用NARI称为电缆状况分析专家系统的自定义应用程序，现场技术人员可以根据简单数据输入产生的准确仿真结果自信地评估电缆。

左：电缆的绝缘层显示机械损坏。右：评估电缆健康的模拟应用程序，称为“电缆状况分析专家系统”，并带有样本输入和结果。

在这里阅读完整的故事：“”通过模拟应用程序有效的网格操作和维护透明

4.保护风力涡轮机免受雷击

风力涡轮机容易受到雷击的影响，除非受到适当保护，否则会导致昂贵的计划外的停机时间。在为风力涡轮机叶片设计闪电保护时，制造商知道简单的假设不会做到。重要的是要预测电流将流过刀片的流量以及它将完全流动的位置，这需要深入了解物质行为和测试大型设计的方式。

在美国的NTS公司Lightning Technologies，设计师和工程师使用数值建模来克服对物理测试70多米长的刀片的挑战。为了获得准确的结果，他们将模拟与自己的物质专业知识相结合。例如，碳的电导率（材料风力涡轮机叶片是由不同的方向而变化的），并且需要在模型中准确地表示该行为，以正确地设计保护。通过使用实验值的电导率，NTS的团队可以对电流的流动方式进行现实的可视化，然后确定如何最好地保护碳叶片由于加热和/或弧形而燃烧。

左：风力涡轮机被闪电击中。右：单个风力涡轮机刀片的模型，由几个碳堆栈制成，显示了刀片中的当前密度。

在这里阅读完整的故事：“”雷击时，多物理会保护风力涡轮机透明

5.增加海上风电场的寿命

在海上风力涡轮机中取代失败的传输既困难又昂贵，但是在使用机械传输时，需要进行这种保养，在这种传输中，持续的接触导致磨损。丹麦Sintex的团队提出了一个解决方案：非接触磁性传输。当电力通过磁力而不是机械力传输时，传输系统持续更长的时间，并且不需要经常更换。

为了工作，需要量身定制磁性耦合，因此，作为设计过程的一部分，Sintex使用仿真互换形状和材料，直到最终组件满足客户的需求为止。使用磁铁的物理原型从财务和时间的角度来看，并且由于其设计涉及多种物理学，因此Comsol Multiphysics是团队选择的仿真软件。为了允许所有开发阶段的同事以及销售人员运行自己的系统测试和设计配置，Sintex还使用COMSOL多物理学中的内置应用程序构建器构建自定义应用程序。

左：一系列标准磁联。右：磁耦合的3D模型，用于分析铁中磁体和磁通密度的温度分布。

在这里阅读完整的故事：“”磁性变速器增加了海上风电场的寿命透明

6.保护卫星系统免受电动弧的影响

卫星系统（部分或完全）如果发生电动弧排放，则很难预测在为极端环境（例如空间）设计的系统中发生这种情况。防止自发电动弧的破坏需要首先找到可能发生的关键区域，然后研究潜在的触发因素。通过实验研究重现太空轨道上的所有可能的操作条件是不可行的，但是即使模拟也存在挑战。

俄罗斯高电流电子学院（IHCE）的工程师确定，找到自我维持的放电区的唯一方法是在数值上模拟放电，但是这样做在计算上非常昂贵。为了追求实用和准确的解决方案，IHCE的团队使用comsol Multiphysics中的应用程序构建器来构建一个自主分区和分析设备以找到最可能关键区域的定制仿真应用程序。

左：用于卫星设备中的电路板。右：临界参数图显示了模型中临界区域的压力与发射。

在这里阅读完整的故事：“”在卫星系统中寻找电动区域透明

7.更好，更快地开发自定义电容器

电容器设计要求差异很大，具体取决于它们的使用地点，因此开发人员需要在定制电容器的设计过程中考虑功率规格，工作温度范围和材料。康奈尔·迪比利（Cornell Dubilier）电子产品创建了高保真的多物理模型，以实际上表示电容器，然后将其模型包裹在易于使用的接口（仿真应用程序）中。然后，其他部门的同事使用这些应用程序，他们需要在选择手头任务的最佳设计之前测试不同的设计配置。

模拟专家开发的基础模型是准确的，并且应用程序接口受到限制，因此最终用户只会改变一些对其有意义的设计参数。这意味着不知道如何构建多物理模型的同事仍然可以从结果中受益 - 而无需将设计规范来回发送给模拟专家。

左：铝电解电容器。右：由康奈尔·迪比利（Cornell Dubilier）电子设备构建和使用的几种模拟应用程序之一，用于分析电容器。该特定应用用于研究单选项卡膜电容器的有效串联电感。

在这里阅读完整的故事：“”使用仿真应用程序加速自定义电容器设计透明

8.评估高性能核融合机的结构完整性

麻省理工学院的等离子科学与融合中心（PSFC）正在设计一个Tokamak，可用作测试融合反应器所需的分流概念的研发平台。研究人员称他们提出的Tokamak为“高级分流器实验”或简称ADX，并且将在非常高的磁场上运行，从而将血浆性能提高到反应器水平。他们识别和理解将使融合能量成为可能的科学和技术的过程需要结合实验，领先理论和数值模拟。他们面临的一个挑战是确定真空容器是否可以在最严重的血浆中断事件中生存，其特征是高热通量，磁场和洛伦兹力。

数值建模帮助团队找到了他们的设计问题的答案。他们使用COMSOL多物理学创建了两个模型：一种用于计算因血浆破坏而导致的磁场，涡流和Lorentz力；另一个用于根据其第一个模型的计算来预测血管中的应力和位移。

Tokamak设计的两个版本的结构分析仿真结果：一个具有单个固定边界，另一个具有两个版本。

左：拟议的ADX Tokamak设计。右：两个Tokamak设计迭代的模拟结果显示压力和位移。顶行显示了具有单个固定边界的设计，底行显示了一个带有附加边界的设计，其中支撑块用作加固。

在这里阅读完整的故事：“”人造恒星：评估发电高性能核融合机中的结构完整性透明

9.更好，以较低的成本开发定制的高功率电气设备

设计定制的高功率电气设备（例如变压器和反应堆）通常意味着要限制尺寸和材料。当客户规定规格时，每个新产品请求都是唯一的，并且设计必须在生产前进行严格的测试。此类产品的一家制造商是德国的Block Trans乐动体育app无法登录latoren-Elektronik，他正在寻求削减成本，同时还可以改善其服务。

多年来，Block开发了自己的公式来描述磁性材料和想要的仿真软件，使他们可以轻松输入这些公式并将其用于模拟。他们还想利用高性能计算（HPC）来更快地获得仿真结果，并最终更快地向客户提供产品。乐动体育app无法登录Comsol Multiphysics是他们想要的灵活仿真软件。