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多物理模拟驱动智能城市技术

将功利箱重新构想为模块化现代分期付款需要完整的设计重塑，以平衡物理现象的作用。

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莎拉·菲尔德（Sarah Fields）
2019年7月

现代电源箱（或饲养柱，在美国以外所知），安装在街道上，并控制着附近住宅的电气供应。随着居民越来越优先考虑美学，并继续对城市生活享有很高的价值，因此需要减少明显的动力盒。

但是事实证明，电源盒大小的大小背后存在正当理由。传统设计的大小是将长距离电源线的高功率减少到适合向房屋和企业分发的电源所需的硬件。减少电源箱大小的值得迈进的目标是路由功率的额外挑战，面积较小，同时考虑抵抗力和洛伦兹部队，这是一项微不足道的事业。

Raychem RPG研发的首席研究员Ishant Jain应用了他多年的模拟经验，以创建一个智能的城市就绪和空间意识的力量盒。他与Raychem的团队一起招募了多物理模拟，以应对这一激进的新设计所伴随的工程挑战。

电源盒的工作方式

多亏了这篇文章，您就会想起人行道附近的那个令人震惊的金属盒。但是，电源箱如何工作？

电源箱的外壳为电气配电系统提供了保护。其目的是将低压电源线的电流分配到房屋和企业中，适用于短距离的电气运输。电箱既可以用来减少电力的物理损失，又可以更精确地分发和解释该电力的使用情况。

贾恩（Jain^英石世纪。”

Jain和他的团队迅速指出了要改进古典电源盒的设计的许多方面。这些升级包括降低由于连接不合格而导致的成本和电气损失，以及改善安全性，尺寸，安装易于，可用性和美观。

Jain和他的团队也有动力创建一个未来派的电源盒，该电源盒很容易被智慧城市采用。这个新的电源盒将包含智能功能，以便在线监视能源使用情况，并监视系统和单个保险丝的健康状况。

最小化电动力

将电气分配系统的几何形状转化为根本较小的外壳的直接挑战是需要减轻由设计变化引起的竞争电磁力。由于物理学的动态性质和几何形状的复杂性，因此需要对工程师的稳定性立即显现出对设计的稳定性的需求。

为了实现如此大的电源箱大小的急剧减小，工程师需要创建一个枢机基系统，该系统将分布相同的功率却适合较小的几何形状（图1）。

Jain和他的团队创建了一个2D模拟，以确保其设计适合减少电磁力的累积影响（图2和3）。面板的120°对齐能够平衡作用在母线上的力。

Jain解释说：“模拟使我们充满信心，我们可以说电动力将通过120°的对齐来平衡。”

通过模拟确保热和结构完整性

另一个重要的考虑因素是电源盒的整体结构声音。为此，Jain和Team开发了对电源盒的结构模拟，这将使他们能够评估其耐用性。从对结构吹到103 m/s的风的时间依赖性研究，确定功率盒在结构上是声音的（图4）。工程师还慢慢增加了边界负荷，直到诱导的应力达到临界值并确定设计是安全的，直至风速为570 m/s。

对完整面板组件进行了瞬态传热分析，以确保系统中的系统的热完整性。经过验证的模拟使团队能够计算无法通​​过实验评估的条件的温度升高。热优化的连接器使最终设计比其前身更安全，更有效（图5）。所得的设计也是模块化的（图6）。

更好设计的多功能建模

Jain和他的团队能够创建一个小得多的设计（图6），但仍然可以消散与传统电源盒相同的功率和电流。最终的电源盒设计占据了市场上所有电源箱的最小空间，并且声音高效。

Jain总结说：“使用多物理学模拟，我们能够确保最终当代设计的完整性，我们认为，随着世界各地采用的利益和影响将是深远的。”

最终设计包括智能功能，例如安全性和防盗系统，以及远程监视能源，保险丝健康和热门剖面的功能。它包括系统运行时隔热且安全工作的保险丝外壳以及电阻损失较低的连接器。

可以说，在开发一个电源盒时，该电源箱是行业标准规模的一小部分，其重新构想和高效的母线系统，Jain和他的团队在每个步骤都使用多物理模拟成功地重塑了电源盒。

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这项工作得到了Raychem RPG Ltd的支持。我们要感谢Raychem Innovation Center在项目期间的指导中对D Sudhakar Reddy表示感谢。我们感谢Sumit Zanje，Nitin Pandey，Sanjay Mhapralkar和Jayesh Tandlekar在完成工作期间的无情精神和承诺。我们要感谢Comsol团队（班加罗尔和浦那）提供了洞察力和专业知识，从而为这项研究提供了极大的帮助。