油浸式电力变压器在电力系统中承担着电能传输和电压转换的重要任务，广泛分布于不同容量和电压等级的场合。电力变压器的非正常温升和热点温度会影响其使用寿命和稳定运行。分析电力变压器流-热耦合问题是计算其温升和热点温度的关键。解决油浸式变压器流-热耦合问题的数值方法必须具有很高的数值准确性、稳定性以及收敛性。
　　为了解决油浸式电力变压器流-热耦合问题，准确计算绕组温升和热点温度及其位置，本文采用了一种基于无量纲最小二乘有限元法和迎风有限元法的混合有限元方法。该方法运用最小二乘有限元法计算流场，速度-压力耦合以直接耦合的方式处理，然后运用迎风有限元法计算温度场，最后运用顺序迭代法进行流-热耦合计算。计算过程中考虑变压器油物性参数随温度的变化和绕组损耗的温度效应。通过方腔顶盖驱动流模型和绕组局部模型的仿真分析，说明该方法可用于解决变压器绕组的流-热耦合问题。
　　由于变压器的内部构造复杂，网格和节点规模很大，且变压器油物性参数数值差异较大，会导致刚度矩阵条件数过大的病态问题，从而严重影响计算的收敛性。为了改善收敛性，本文采用了三种预处理方法。一是无量纲法，将控制方程中的变量转化为无量纲量，物性参数可通过引入雷诺数的方式进行转化；二是行列均衡法，将刚度矩阵的行(列)进行预处理，使其具有相同的1-范数来降低条件数；三是雅可比预处理共轭梯度法，由于最小二乘有限元法产生的刚度矩阵是对称正定的稀疏矩阵，故可以采用迭代求解法解方程组，进而加速收敛，减小计算量。通过算例验证，结果表明，经过预处理的混合有限元方法收敛性要优于基于有限体积法的Fluent软件。
　　为了验证本文所采用的混合有限元方法在实际工程中的有效性，本文针对一个产品级油浸式电力变压器绕组温升和冷却试验平台，基于绕组损耗、入口流量以及出口压力等参数，再利用测温元件测量测温点的温度值。结合模型的尺寸和其他参数，建立相应的数值仿真模型，采用本文的混合有限元方法对模型的流场和温度场进行数值仿真。最后将仿真结果和实验测量结果进行对比，进而验证了所提方法的有效性。