在微机上用有限元法计算无源轴对称静电场域中的边界法向场强

本文提出一种有限元法的新方案,用于求解轴对称静电场的无源场域中的边界法向场强。在子午面内的任一三角形内,用节点电位值和通量函数值同时表达的线性插值函数来逼近其中的电场强度。这种混合模型使单元交界面上的电场不连续问题得到改善。和一般的节点电位法和节点通量函数值法相比较,用本文方法求出的边界法向场强更为准确。     

广义有限差分法在静态电磁场计算中的应用

广义有限差分法是一种新型区域型无网格数值离散方法。该方法基于多元函数泰勒级数展开式和加权最小二乘拟合,将控制方程中未知参量的各阶偏导数表示为相邻节点函数值的线性组合,克服了传统有限差分法对网格的依赖性。将广义有限差分法应用于电磁场问题的数值模拟中,建立了静态电磁场问题广义有限差分法的数值离散格式。为验证所提算法的有效性,对比了该方法与有限元方法在处理规则求解域与复杂求解域电磁场问题的差异。数值算例表明,该算法稳定,效率高,计算精度高。     

特高压交流复合绝缘子电位和均压环表面电场分布计算

针对特高压交流线路复合绝缘子电位、电场分布数值分析存在开域边界、几何结构复杂和媒质种类多、计算量大等问题,通过等效有限元法将有限元求解区域与边界元求解区域的交界面条件耦合,实现了有限元—边界元耦合算法(FEM-BEM)。将三维FEM-BEM和子域逼近有限元算法用于计算特高压交流线路典型酒杯塔,复合绝缘子双I串的沿轴线电位分布,均压环表面电场分布。研究表明:三维FEM-BEM耦合算法能有效计算复合绝缘子沿轴线的电位分布,子域逼近有限元法能对所关心区域进行细密剖分,可有效分析均压环表面电场分布;复合绝缘子沿轴线承担最大电压单元(一大一中两小伞及芯棒)为第3单元,承担电压为7.58%,均压环典型路径上的电场强度最大值为13.39kV/cm;将三维FEM-BEM耦合算法与子域逼近有限元法相结合,为准确求解复杂几何模型和多种媒质共存的开域静电场问题提供了一条途径。     

电机三维温度场的有限公式法计算技术

有限公式法是一种类似有限积分技术的新型数值计算方法,其应用及理论研究仍在完善中。基于有限公式法下温度场代数场控制方程及其三维离散格式,该文对通用化程序编制中的对流散热边界条件简化处理、基于单元分析的模块化程序设计、计算数据前后处理等问题做了相关工作。讨论了有限公式法在三维复杂求解域问题中适用性与计算性能,并从数值计算角度验证了线性插值下有限公式法具有二阶计算精度。最后,结合3台不同结构、冷却方式的永磁电机三维温度场分析来说明有限公式法在复杂求解域问题上计算的准确性。就文中仿真算例而言,在相同网格、求解自由度以及求解迭代算法下,有限公式法比有限元法节约计算时间在12%~71.5%,两者计算占用内存基本一致。     

用有限元素法对敞开边界二维电场问题的研究

一、前言有限元素法是目前广泛地用来解决工程上的静电场和磁场问题的一种数值计算方法。它是以“能量最小分布原理”为依据的。这种方法非常适合于具有封闭边界的一类场域,即当场能分布在一个有限区域时,利用这种方法只要将场域剖分得很细的话,便可获得较高精度的数值解。但是工程实际上常常遇到具有敞开边界的二维电场,如变电所中电气设备和输电线路等。要利用有限元素法计算这类场域,对边界的处理方法有三种:一是人为的作一个较大区域的封闭边界,即     

某汽轮机高压缸末级叶片流场有限体积法分析

正汽轮机高压缸蒸汽压力和温度高,叶片较短。如何找到适合的计算模型和计算方法是高压缸叶片开发设计的重要手段。本文采用有限元的有限体积法对高压缸末级叶片流场进行分析。1计算方法1.1有限体积法对汽轮机级内三维复杂流场的数值求解,计算方法主要包括有限差分法、有限元法、有限体积法及边界元法。有限体积法[1]在保证有限体积法守恒的前提下,采纳了有限元法的精确性。能够精确地捕捉到微小局部结构的流动特性。1.2网格生成及求解结构性网格是节点和单元规则分布,每个网格区域内的点都有同样的毗邻单元,在区域边界拟合方面比较容易实     

边界元法在求解基于三维非均匀人体胸腔模型的心电图正问题中的应用

在给出三维人体胸腔仿真模型的基础上 ,提出了如何用边界元法实现包含非均匀介质的人体场域的求解 ,先建立每个介质均匀区域中的边界积分方程 ,再通过内部共有边界上的电位连续和电流密度的法向分量连续建立总方程组 ,然后代入外部边界条件加以求解。文中给出了用该方法求解均匀场域和直接求解均匀场域生成的仿真结果———体表电位分布图 ,结果表明两者的分布情况几乎吻合 ,只是幅值稍有改变 (相对误差不超过± 4 % ) ,这说明用此方法求解包含非均匀介质的人体场域是可行的 ,并可以得到较理想的结果。     

应用有限元法计算氧化锌避雷器电位分布

应用有限元法计算了具有开域边界的氧化锌避雷器的电位分布。通过设置人工截断边界,将开域电场问题转化成有界域电场问题,并在人工截断边界上采用渐近边界条件。对于氧化锌避雷器中存在大量的电位悬浮导体问题,则采用虚拟齐次强加边界法加以解决。对330kV和500kV氧化锌避雷器电位分布进行了计算和测量,结果验证了该文方法的正确性和有效性,并得出以下结论：随着安装高度的增加,阀片分布将趋于均匀;在高压端加装均压环会大大降低阀片的最大电位承担率,改善阀片的电位分布。与基于模拟电荷法的其它方法相比,该文方法简单、通用,可以充分利用已有的有限元计算程序,很好地满足了工程应用和设计的需要。     

在微型机上应用高阶等参元有限元素法计算电磁场

本文提出了求解高阶等参元有限元方程的单元系数存贮方式及相应的迭代格式,有效降低了内存占用量,使得有可能在微型机上用高阶等参元有限元法求解较大型的电磁场问题。本文还用拉格朗日乘子法推导了含有电位未知的等值面场域的有限元方程,并通过引入广义节点,将本文的方法应用到这类场域。     

1000kV立柱式氧化锌避雷器三维电位分布计算及均压环设计

基于区域分裂思想，采用虚拟半球面耦合边界将三维上半空间无界域划分成耦合面内子区域与耦合面外无界子区域。其中，对耦合面内子区域采用传统有限元法离散；而将耦合面外无界子区域当作一个大单元，采用满足拉氏方程的本征解作为该大单元的插值函数，这样从根本上解决了有限元法难以离散无界场域的问题, 从而形成了求解三维上半空间无界域静电场问题的一种新方法：有限元-解析结合解法。采用该方法对1000kV立柱式氧化锌避雷器三维电位分布进行了数值计算，讨论了影响电阻片电压承担率的多种因素。最后，给出了一种较为理想的均压环结构并得到了试验验证。     

应用有限元法计算覆冰合成绝缘子电位分布

为研究合成绝缘子的电气特性,应用有限元法计算了具有开域边界的220kV覆冰合成绝缘子的电场和电位分布。通过设置人工截断边界,将开域电场问题转化成有界域电场问题并在人工截断边界上采用渐近边界条件,利用femlab商用软件对覆冰合成绝缘子建模,计算改变冰棱的空气间隙长度及位置后的电场和电位分布,进一步研究冰棱表面水膜对电场和电位分布的影响。研究结果表明,冰棱完全桥接时电场和电位分布变化最大;冰棱在绝缘子伞裙外沿分布的位置不同,对电场和电位分布的影响也不同;水膜的出现使得覆冰合成绝缘子沿面的电场和电位分布进一步发生畸变;与传统瓷、玻璃绝缘子相比,合成绝缘子具有重量轻、强度高、耐污性能高、运行维护方便等特点。     

用边界单元法计算永磁体磁场

本文先从永磁体的磁场方程出发,推导出了与它等价的直接边界积分方程和间接边界积分方程,并以二维场为例对边界积分方程进行了离散求解,最后以一直径向充磁的稀土永磁电机的气隙磁场为例用边界单元法进行了计算.     

并联电容器组对高压SF6断路器内部电场分布的影响

采用模拟电荷法对高压ＳＦ６断路器断口附近复杂三维场域进行了电场计算,得到了不同截面等电位线的分布情况及电场分布图。计算结果表明,在整个场域中,屏蔽罩和并联电容器组起到了很好的均匀电场的作用;场强较大值出现在静触头小罩形体顶角处。     

电器电磁系统三维非线性瞬态磁场的研究与计算(Ⅱ)

五、动态过程的有限元计算1.连续场域的离散,修正向量磁位（?）与标量磁位(?)的耦合,有限元方程组的形成在有限元法计算中,六面体剖分的计算精度优于其它剖分单元,而且剖分结构又较其它单元清晰.另外,在三维场问题的分析计算中,为了能对空间曲面更好地拟合,适应几何形状复杂的场域边界,同时也为了计算上的方便,本文采用等参元有限元法,将场域剖分成八节点六面体单元进行计算.对式(1),在单元V_e上应用伽辽金加权余量法,权函数取八节点六面体的形状函数（?）_i,得     

无单元法在电磁场数值计算中的应用研究

无单元法的突出特点是可以求解复杂边界条件的边值问题 ,它可以根据场函数的特性布置随机节点 ,只需节点信息 ,无需单元信息 ,解决了有限元方法中前处理困难的问题 ,它的理论基础是滑动最小二乘法。其基本思想是将计算场域离散成若干节点 ,由滑动最小二乘法来拟合场函数 ,从而摆脱了单元的限制 ,具有精度高、计算速度快的特点 ,是解决工程电磁场问题的又一新的有效方法     

二维圆柱坐标系复杂介质中UPML-FDTD算法的研究和实现

本文在圆柱坐标系中应用时域有限差分法有效地避免了网格离散误差和梯型误差.非分裂场完全匹配层是一种改进的完全匹配层,它适用于有损媒质及色散媒质,在完全匹配层中不需要分裂场分量,大大减少了计算机存储量,降低了计算成本.非分裂场完全匹配层作为时域有限差分计算空间的最外匹配层边界,使柱坐标系下的完全匹配层中FDTD)网格更加紧凑,减少已知计算空间对计算机存储量的要求.在二维扩展柱坐标系下单轴各项异性复杂介质中,详细推导了UPML吸收边界中FDTD法的表达式,并对UPML-FDTD表达式进编程实现.本文给出了非分裂场完全匹配层内及边界上电磁参数如何匹配选取.对UPML-FDTD算法编程,数值验证结果表明,文中的方法与Mur吸收边界法相比有明显的优越性.     

有限元–边界元耦合法在运动导体涡流场中的应用

基于A,φ-A法和库伦规范,推导了导体区域和非导体区域的有限元方程及自由空间的边界元方程,通过引入交界面条件,实现了将边界元矩阵等效为有限元矩阵求解的有限元-边界元耦合法(finite element and boundary element coupling method,FE-BECM)。将FE-BECM应用于TEAM-7问题的计算,验证了该方法处理开域涡流问题的有效性。当FE-BECM应用于运动导体涡流场(moving conductor eddy current,MCEC)问题时,用有限元离散源电流区域和运动部件,用边界元离散自由空间并关联相互独立的有限元区域。该方法克服了常规有限元法使用1套网格处理运动问题所遇到的麻烦。使用有限元-边界元耦合法对单级线圈炮问题进行了计算,验证了算法处理运动导体涡流场问题的有效性。     

750kV同塔双回输电线路瓷绝缘子串电位分布数值分析

确定输电线路绝缘子串电位分布对绝缘子的设计及运行、维护很重要。根据线路实际情况,考虑铁塔、分裂导线、均压环、避雷线等因素的影响,建立了750kV同塔双回输电线路绝缘子串电位分布三维电场有限元仿真计算模型,采用场域分割的方法将开域场转化为闭域场,并在场域边界上引入渐进边界条件。分析讨论了分裂导线、铁塔、避雷线、均压环、绝缘子型号、悬挂方式、导线排列方式等因素对绝缘子串电位分布的影响。结果表明,分裂导线、铁塔对绝缘子串电位分布影响较大,分析计算时不可忽略;均压环能够显著改善绝缘子串的电位、电场分布;避雷线、绝缘子型号、绝缘子串悬挂方式、绝缘子材质等因素对不同位置的绝缘子串电位分布均有影响。     

大电机定子线圈端部SiC防晕层电场分布计算

用时域有限差分法模拟计算了大电机定子线圈端部 Si C防晕层的电场分布 ,与实测值比较表明 :时域有限差分法优于相量法 ,可用于工程计算。正弦相量法计算误差较大的原因在于 Si C材料电阻的非线性特性     

500 kV瓷套式氧化锌避雷器电位分布的有限元分析与实验研究

荷电率是设计氧化锌避雷器的一项关键指标。针对一500 kV瓷外套式氧化锌避雷器,首先应用有限元方法,通过设置合理的计算边界来简化开域电场问题的求解,并采用耦合自由度的方法解决电位悬浮导体问题,计算了避雷器中的电位分布;接着在避雷器最大持续运行电压下,采用光纤-电流法,通过测量避雷器中电阻片的轴向电压分布,验证了计算方法的正确性和有效性;然后分析了计算边界大小、均压环参数、安装高度等对电位分布的影响。发现:增大安装高度,可使上节和下节MOA的电压分布系数趋于理想;下均压环对改善电位分布的作用最为显著。