中国报告大厅网讯，在现代农业电力保障体系以及各类工业、商业场景中，配电柜行业作为核心设备，承担着电力分配和控制的关键任务。然而，配电柜内部的电气元件在运行过程中会产生大量热量，如果这些热量无法得到有效散发，将会引发一系列严重问题。据相关数据显示，因配电设备过热引发的火灾事故频繁发生，给电力系统的安全稳定运行带来了巨大的隐患。因此，如何优化配电柜的散热设计，成为了行业内亟待解决的重要课题。
《2025-2030年中国配电柜行业市场分析及发展前景预测报告》指出，配电柜的散热问题本质上可归结为流体动力学方程组的求解。其核心涉及流体力学的连续性方程、动量方程和能量方程。连续性方程描述了流体质量守恒，动量方程体现了流体受力与运动的关系，能量方程则反映了能量的传递与转化。在实际建模过程中，需综合考虑多种因素。例如，确定合适的湍流模型，本研究采用 k-E 湍流模型;选择恰当的边界处理方法，采用结构化网格划分并结合壁面函数模型;确定气体压缩模型，选用完全气体模型并采用克拉伯龙方程;同时，在控制方程中纳入重力和浮力的影响项，并考虑壁面间的辐射换热。
参考楼宇常用配电柜的实际尺寸，构建简化后的配电柜模型，其尺寸为 1 m×0.5 m×1.2 m(长 × 宽 × 高)。该模型主要涵盖配电柜本体、简化的发热源(以三块矩形硅晶体板表示)、导热板、散热鳍片以及风扇等关键部件，省略了显示屏、螺栓螺母、内部支架、导线等对散热分析影响较小的元件。
散热片选用导热性能优良的铝合金材质，并带有散热鳍片以增强散热效果。经计算，单片散热鳍片表面积为 17600 mm2，总散热鳍片表面积达 880000 mm2。通过热传导公式计算，其热传导量可达1.804×105W;对流散热方面，对流散热量为 352W。理论计算结果表明，散热鳍片在热传导和对流散热方面均表现出色，具备良好的散热潜力。
设计的风扇拥有 4 片扇叶，直径为 100 mm，转速为 10000 r/min，螺距角为 30°。经计算，风扇导程为 181.38 mm，理论风量达2.902m3/s。从理论风量数据可知，该风扇能够为配电柜内部提供较好的空气流通能力，有助于提升散热效果。
为了深入验证配电柜加装散热鳍片和风扇后的散热效果，采用有限元仿真分析方法。首先对配电柜整体进行网格划分，鉴于配电柜外形结构相对简单，采用四面体单位既能满足精度要求，又可有效减少计算周期。划分网格后，对各部件材料、初始温度、热源、求解器等进行精细配置。发热源设定为硅晶体，箱体以及均热板采用铝(1100)材质，空气域为箱体内部区域。在相关模块中，分别设置好流体、固体、初始环境温度、热源发热量、流体壁面、入口流速、出口压力等参数，并选择合适的耦合及耦合域，最后完成求解器的配置。
通过仿真分析，对比不同散热条件下的温度分布情况。在无风扇且无散热鳍片的情况下，假设环境温度为 15℃，发现散热口温度最低，接近 40℃，而热源处温度较高，接近 90℃。当设置为有风扇无散热鳍片时，最高温度降至约 60℃，最低温度降至约 21℃。无风但有散热鳍片的仿真结果显示，温度云图与只安装风扇的效果相似，但最低温度相对较高，达到了 30℃。当同时考虑风扇和散热鳍片时，配电柜内部核心温度(最高温度)降至约 40℃。
配电柜在日常运行中会产生大量热量，导致局部温度过高。通过构建带发热源的箱体模型，模拟配电柜内部温度变化情况，发现仅依靠散热孔时，箱体内部温度较高，局部最高温度约 90℃;分别采用风扇或散热鳍片时，最高温度可降低至约 60℃;而同时运用风扇和散热鳍片，核心温度能够成功降低至约 40℃。这一系列仿真实验充分验证了所设计的配电柜散热方案具有显著的有效性与实用性，能够为中小型配电柜的散热设计提供重要的参考依据，有助于提升配电柜行业运行稳定性，降低潜在的火灾风险，为各领域的电力供应提供更可靠的保障。
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