【技术实现步骤摘要】
本专利技术涉及容积、流量、质量流量或液位的测量领域，具体涉及一种变压器事故排油相似性缩尺模型的设计方法。
技术介绍
1、变压器爆炸后，往往会引起套管升高座等应力集中位置发生破坏形成破口，变压器油从破口处流出至变压器基础处的事故贮油坑，事故贮油坑的油经过排油口处的排油管道排向总事故油池。因此，变压器爆炸后变压器油的泄漏和排放可划分为两个阶段：(1)变压器油箱中的油排入事故贮油坑，同时事故贮油坑也在排油阶段；(2)变压器油箱中的油排完，仅事故贮油坑排油阶段。在此过程中，如果排入至事故贮油坑的泄漏流量大于事故贮油坑油的排出量，事故贮油坑的滞留的变压器油量将会提高，当滞留油量超过事故贮油坑设计容量时，变压器油将会溢出形成流淌火，排油过程失败；反之，事故贮油坑的滞留油量会不断较少，直至排至总事故油池，变压器油不会形成流淌火，排油过程成功。为研究排油过程，有必要展开相关实验。但众所周知，足尺模型实验或原位实验的成本是比较高的，如果能采用缩尺模型实验，可大幅度降低实验成本。但缩尺实验模型需要解决的最大问题是缩尺模型实验和原型实验之间的实验相似性问题，有必要开展缩尺模型实验相似性研究。
2、然而，目前对于变压器爆炸后的排油问题，目前常见的研究方法是足尺实验和原位实验，例如针对不同油池直径的变压器事故油池火灾实验，以及针对变压器事故油池火灾的不同灭火方式实验。这种实验方式的成本通常较高，且不具备可重复性。因此，也有不少学者通过数值模拟，例如采用dualsphysics光滑粒子动力学计算软件进行计算分析变压器排油问题。这种方法虽成本低、
技术实现思路
1、为解决现有技术问题，本专利技术提供了一种变压器事故排油相似性缩尺模型的设计方法。
2、为实现上述技术方案，一种变压器事故排油相似性缩尺模型的设计方法的具体步骤如下：
3、s1、计算原型变压器和原型事故贮油坑的无量纲参数；
4、
5、式中，m为原型变压器油箱套管根部开口面积与油箱有效横截面积的比值，ak为原型变压器油箱套管根部开口面积，a0为原型变压器油箱有效横截面积；n为原型变压器油箱套管根部开口面积与事故贮油坑有效横截面积的比值，ac为原型事故贮油坑有效横截面积；p为原型事故贮油坑排油口有效面积与事故贮油坑有效横截面积的比值，ap为原型事故贮油坑排油口有效面积；
6、s2、根据无量纲参数m、原型变压器中初始变压器油液面高度和设定的相似比得到缩尺模型变压器与原型变压器之间的相似关系ms和h0s；根据无量纲参数n、p和设定的相似比得到缩尺模型事故贮油坑与原型事故贮油坑之间的相似关系ns和ps，具体步骤如下：
7、s2.1、缩尺模型变压器与原型变压器之间具有如下相似关系：
8、
9、式中，ms为缩尺模型变压器油箱套管根部开口面积与油箱有效横截面积的比值；h0为原型变压器中初始变压器油液面高度；h0s为缩尺模型中初始变压器油液面高度；a为设定相似比；
10、s2.2、缩尺模型事故贮油坑与原型事故贮油坑之间具有如下相似关系：
11、
12、式中，ns为缩尺模型变压器油箱套管根部开口面积与事故贮油坑有效横截面积的比值；ps为缩尺模型事故贮油坑排油口有效面积与事故贮油坑有效横截面积的比值；
13、s3、计算缩尺模型变压器和缩尺模型事故贮油坑的设计参数；
14、在设计缩尺模型时，涉及到的参数见表1；
15、表1缩尺模型设计参数及其说明
16、
17、其中，h0s的计算方法见式(2)，a0s根据实验条件进行确定，为便于计算和模型的加工，取a0s＝1m2；
18、aks的计算方法为：
19、aks＝a·m·a0s (4)
20、acs的计算方法为：
21、
22、aps的计算方法为：
23、aps＝a·p·acs (6)
24、s4、计算缩尺模型变压器与原型变压器和缩尺模型事故贮油坑与原型事故贮油坑之间的相似尺度，具体步骤如下：
25、s4.1、计算缩尺模型变压器与原型变压器的相似尺度，具体为：
26、在原型系统中，当变压器发生爆炸时，变压器油会从套管破口处向事故贮油坑泄漏，此时变压器油箱中的油面高度服从如下二次函数：
27、
28、式中，h1(t)是原型变压器油液面距离开口处的高度；t是时间；g是重力加速度，c为流量系数；
29、将式(1)带入式(7)可以得到：
30、
31、油箱中变压器油排完时间即变压器的最大排油时间计算表达式如下：
32、
33、式中，t1max为原型变压器的最大排油时间；
34、将式(1)带入式(9)可以得到：
35、
36、对于缩尺模型变压器来说，缩尺变压器模型的油面高度服从与原型变压器模型一致的二次函数，具体表达式为：
37、
38、式中，h1s(t)是缩尺模型变压器油液面距离开口处的高度；
39、将式(2)-(6)带入式(11)后可以得到：
40、
41、可以看出，缩尺模型变压器与原型变压器之间的变压器油液面距离开口处的高度具有的相似尺度为1:a2；
42、同样的，缩尺模型变压器油箱的最大排油时间满足：
43、
44、式中，为缩尺模型变压器的最大排油时间；
45、将式(2)-(6)带入式(13)后可以得到：
46、
47、可以看出，缩尺模型变压器与原型变压器之间的变压器最大排油时间具有的相似尺度为1:1；
48、s4.2、计算缩尺模型事故贮油坑与原型事故贮油坑的相似尺度，具体分为：变压器油箱中的油排入事故贮油坑，同时事故贮油坑也在排油阶段(第一阶段)和变压器油箱中的油排完，仅事故贮油坑排油阶段(第二阶段)两阶段进行分析，具体分析如下：
49、s4.2.1、在原型系统中，当处于变压器油箱中的油排入事故贮油坑，同时事故贮油坑也在排油阶段时(t≤tmax)，事故贮油坑的油面高度满足如下微分方程：
50、
51、式中，h2,1(t)是第一阶段时原型事故贮油坑中液面距离排油口的高度；
52、将式(1)带入式(15)可以得到可以得到：
53、
54、对于缩尺模型事故贮油坑，当处于变压器油箱中的油排入事故贮油坑，同时事故贮油坑也在排油阶段时，缩尺模型事故贮油坑的油面高度满足同样满足如下本文档来自技高网...
【技术保护点】
1.一种变压器事故排油相似性缩尺模型的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种变压器事故排油相似性缩尺模型的设计方法，其特征在于，所述无量纲参数的表达式如下：
3.根据权利要求1所述的一种变压器事故排油相似性缩尺模型的设计方法，其特征在于，所述根据无量纲参数m、原型变压器中初始变压器油液面高度和设定的相似比得到缩尺模型变压器与原型变压器之间的相似关系ms和H0s；根据无量纲参数n、p和设定的相似比得到缩尺模型事故贮油坑与原型事故贮油坑之间的相似关系ns和ps的步骤如下：
4.根据权利要求1所述的一种变压器事故排油相似性缩尺模型的设计方法，其特征在于，所述设计参数中，缩尺模型变压器套管根部开口面积AKs、缩尺模型事故贮油坑有效横截面积ACs、缩尺模型事故贮油坑排油口有效面积APs的计算方法如下：
5.根据权利要求1所述的一种变压器事故排油相似性缩尺模型的设计方法，其特征在于，所述计算缩尺模型变压器与原型变压器、缩尺模型事故贮油坑与原型事故贮油坑之间的相似尺度的方法如下：
【技术特征摘要】
1.一种变压器事故排油相似性缩尺模型的设计方法，其特征在于，包括以下步骤：
2.根据权利要求1所述的一种变压器事故排油相似性缩尺模型的设计方法，其特征在于，所述无量纲参数的表达式如下：
3.根据权利要求1所述的一种变压器事故排油相似性缩尺模型的设计方法，其特征在于，所述根据无量纲参数m、原型变压器中初始变压器油液面高度和设定的相似比得到缩尺模型变压器与原型变压器之间的相似关系ms和h0s；根据无量纲参数n、p和设定的相似比得到缩尺模型事故贮油坑与原型...
【专利技术属性】
技术研发人员：宋志刚，郑飞扬，郭增辉，张扬，韩进生，张健，黄素芬，曹思琪，
申请(专利权)人：昆明理工大学，
类型：发明
国别省市：
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