近年来，为助力变压器冷却系统能效提升，“轻量化、小型化”已成为一种潜在发展趋势，高效合理的散热配置可以有效延长变压器绝缘寿命。如何精确地配置风扇直径对冷却系统优化设计至关重要。若选用直径过小的风扇，即只有极小部分散热片散热良好，无法冷却至限定油温；若风扇直径过大，内部油温虽冷却至限定值，但风扇面临造价高、质量重，甚至过多风量浪费等问题。

精确配置风扇直径既能确保高效散热，又能避免造价高、质量重及风损大等问题，与“轻”“小”理念相契合。以往常采用计算流体动力学对冷却系统进行试探性建模与改进，以找出冷却效果显著的配置结构，耗时长且优化目标单一。

为了快速、精准地获取变压器散热器的流热特征参数，中国矿业大学电气工程学院、国网安徽省电力公司电力科学研究院的王路伽、蔡镇潞、邱亚博 等，提出一种快速迭代寻优的解析模型，其目的是能够在设计和开发阶段高效、精准地获取油浸风冷（ONAF）模式下散热器与风扇耦合热流体动态行为的关键参量，以便于冷却系统结构优化设计。

图1 研究思路

该解析模型中引入了风扇风量泄漏参数，综合考虑风量损耗与油温差之间的动态变化关系，即在满足既定温差且提升散热效率的同时控制风量损耗。研究者发现，解析方程模型可快速、精准地获取变压器散热器流热特性参数，以案例散热器为例，将总散热量、油温差及风量分布计算总时长由计算流体动力学方法的13h 25min缩短为7s，计算效率得到明显提升。

图2 不同风扇直径下油质量流量规律

图3 不同风扇直径下出口油温规律

他们指出，散热器解析模型计算所得的风损及温差与仿真、实验结果基本一致，位于散热片中心处相邻风道的冷却风质量流量平均绝对误差为0.146～0.231 kg/s，平均相对误差均小于6%，此外出口油温的平均绝对误差在5 K以内，平均相对误差均小于2%。

图4 温差与风损对散热效率的影响

研究规律表明：风扇直径对油温差的影响呈非线性，风损与直径呈正相关；以PC2600-22/520散热器为验证对象，当风速为3.5 m/s，风扇直径是散热片宽度的1.2～1.5倍时，温差可达到期望值，风损影响控制在最小区域，此时散热效率与温差风损比出现协同最优区间。

本工作成果发表在2023年第17期《电工技术学报》，论文标题为“计及风量损耗的油浸风冷外置冷却系统散热效率优化方法”。本课题得到国家自然科学基金和广东省基础与应用基础研究基金的支持。