شبیه سازی های کابلی باعث ایجاد تحولات جدید در گروه پریسمیان می شود

کابل های انرژی و مخابرات اغلب از محیط های سخت عبور می کنند تا به مقصد برسند. برخی از کابل ها وظیفه حمل جریان های بالا را بر عهده دارند و باید در شرایطی حرکت کنند که شامل بارهای حرارتی بالا، بارهای مکانیکی و تهویه محدود است. ما اخیراً داستانی را در IEEE Spectrum Insert، Multiphysics Simulation منتشر کرده‌ایم که توضیح می‌دهد چگونه گروه Prysmian، پیشرو در توسعه سیستم‌های کابلی در بسیاری از صنایع، استفاده از COMSOL Multiphysics را برای بهبود فرآیند توسعه، صرفه‌جویی در منابع و بهینه‌سازی طرح‌های کابل خود آغاز کرده است.

نوع جدیدی از مدل

سیستم های انتقال نیرو نیاز به ارائه سطح مورد نیاز جریان بدون گرم شدن بیش از حد کابل ها دارند. ساختار کابل، تلفات الکتریکی داخلی، هندسه سیستم نصب و شرایط محیطی – مانند دمای محیط یا خواص مواد اطراف – همه در پاسخ حرارتی سیستم نقش دارند. حتی بارهای خارجی، مانند بارهای ناشی از تشعشعات خورشیدی (در مورد کابل بالای زمین) یا در مجاورت سیستم های دیگر (به عنوان مثال، کابل های دیگری که از مسیر عبور می کنند)، باید در طراحی در نظر گرفته شوند.

در حالی که مدل‌ها و محاسبات ساده ریاضی برای بسیاری از موارد کافی است، سیستم‌های کابلی معمولاً در محیط‌هایی با تأثیرات خارجی بسیاری نصب می‌شوند که پیش‌بینی عملکرد و عوارض جانبی را دشوار می‌کند.

اینجاست که شبیه سازی مولتی فیزیک وارد صحنه می شود.

نموداری که توزیع دمای کابل ناف را نشان می دهد
شبیه سازی COMSOL Multiphysics که توزیع دما را در مقطع کابل ناف دو زرهی نشان می دهد.

مهندسان Prysmian از نرم‌افزار COMSOL برای بهینه‌سازی هندسه و چیدمان اجزا در راه‌حل‌های کابلی با فناوری پیشرفته خود استفاده می‌کنند. چنین سیستم هایی ممکن است به ترکیبی دقیق از هندسه، مواد و موقعیت تک تک قطعات نیاز داشته باشند. به عنوان مثال، کابل های کامپوزیت ممکن است حاوی هادی های برق، شیلنگ هایی برای تحویل سیال و کابل هایی برای انتقال سیگنال باشند.

این تیم شبیه‌سازی‌هایی را انجام داده‌اند که اثرات فیزیکی را در کابل‌های جداگانه و کل سیستم‌های انتقال نیرو با محاسبه بارگذاری و شرایط محیطی مربوطه تجزیه و تحلیل می‌کنند. این به آنها اجازه داد تا طرح های خود را قبل از ساخت و اجرای نمونه های اولیه به معنای مجازی آزمایش کنند. در یک مورد، آنها باید بارهای مکانیکی را در نظر می گرفتند و آزمایش ضربه را در کابل های ولتاژ متوسط شبیه سازی می کردند. آنها از نتایج خود برای بهینه سازی ضخامت و انتخاب مواد مورد استفاده در لایه های خارجی استفاده کردند.

شبیه سازی ها مفید بودند

شبیه سازی ها به ویژه برای درک مسائل ساختاری، حرارتی و الکترومغناطیسی جفت شده که حل آنها چالش برانگیز است مفید بود. Massimo Bechis، متخصص مدل‌سازی و شبیه‌سازی در Prysmian، اظهار می‌دارد که آنها از COMSOL Multiphysics برای انجام تحلیل‌های گذرا گسترده برای محاسبه تغییرات روزانه در تابش خورشید و شرایط دمای محیط استفاده کرده‌اند. قبلاً انجام آن بسیار دشوار یا حتی غیرممکن است.» آنها طیفی از رویدادها و پدیده‌ها را شبیه‌سازی کرده‌اند، از جمله آزمایش ضربه، توزیع دما در کابل‌های ناف دو زره پوش، و تحلیل دینامیک سیالات محاسباتی (CFD) در سیستم‌های ولتاژ بالا با تهویه محدود.

طرحی که یک سیستم کابلی فشار قوی و نتایج یک تحلیل همراه با جریان حرارتی و سیال را نشان می دهد
نتایج شبیه‌سازی تجزیه و تحلیل همراه با جریان حرارتی و سیال یک سیستم کابلی ولتاژ بالا نصب شده در داخل یک تونل با تهویه طبیعی را نشان می‌دهد.

Bechis توضیح می دهد که شبیه سازی روش توسعه محصولات را بهبود بخشیده است و استفاده از نرم افزار COMSOL به آنها کمک کرده است تا گام بزرگی در سطح خدماتی که می توانند به مشتریان و طراحان ارائه دهند بردارند. COMSOL قادر به حل این نوع مشکلات است زیرا ما می‌توانیم یک مدل پارامتریک برای بهینه‌سازی هندسه، چیدمان کابل‌ها بسازیم و می‌توانیم فیزیک مورد نیاز برای محاسبه همرفت در هوا را در نظر بگیریم. بار فعلی به جای در نظر گرفتن شرایط عملیاتی ثابت تغییر می کند. این به ما اجازه می‌دهد تا درخواست‌هایی را برای در نظر گرفتن شرایط گذرا به دلیل تغییرات بار برآورده کنیم.»

بهبود فرآیند طراحی

نتایج فوق‌العاده در Prysmian نویدبخش پیشرفت‌های آینده است. شبیه سازی یک دنیای کامل از امکانات را برای طراحی، آزمایش و بهینه سازی قبل از نمونه سازی باز کرده است. هزینه‌های آن‌ها، زمان نمونه‌سازی اولیه، تعداد آزمایش‌های آزمایشگاهی را کاهش داده و راهی ساده برای بهینه‌سازی طرح‌ها پیش از موعد ارائه کرده است و رکورد محصول فوق‌العاده آن‌ها را تایید می‌کند. این تیم انتظار دارد که این روش ها در نهایت منجر به تغییراتی نه تنها در مرحله طراحی توسعه، بلکه در فرآیندهای تولید نیز شوند.

شبیه سازی همچنین به آنها راهی برای برقراری ارتباط با انتخاب های طراحی خود داده است. همانطور که Bechis نتیجه گرفت، “اکنون ما می توانیم ساختار کابل های خود را بهینه کنیم و همچنان مشخصات را رعایت کنیم. همچنین می‌توانیم توضیح دهیم که چرا از مقدار معینی از مواد در یک لایه خاص استفاده می‌کنیم و نشان می‌دهیم که چگونه بر اساس مدل‌سازی به تصمیم‌های خود رسیده‌ایم. ما یک راه اضافی و قدرتمند برای پاسخ به درخواست‌های مشتریان داریم.»