考虑风速和导线高度影响的高压直流输电线下离子流场计算

为了预测高压直流输电线下的电磁环境,对不同条件下的地面离子流场分布进行了计算研究。采用Kaptzov假设,通过模拟电荷法计算人工边界处的标称电位,再结合泊松方程计算出空间电荷产生的电场,同时提出一种新的空间电荷密度更新公式,基于上流有限元方法求解离子电流密度方程。通过同轴圆柱电极电场问题验证了该算法的有效性,并利用考虑风速的单极高压直流输电线路模型说明了该算法的可靠性。最后,将其应用到不同导线对地高度和不同风速影响下的双极高压直流导线离子流场问题,结果表明导线对地高度和风速都会影响地面最大合成场强和离子流密度,且风速会使其发生偏移。     

HVDC输电线路离子流场数值计算方法研究

为了解高压直流输电线路的电磁环境影响及电晕损耗,讨论了高压直流线路周围离子流场计算的数值方法。描述高压直流离子流场控制方程的三阶非线性偏微分方程分解为两个等效的泊松方程后可用有限元迭代方法求解即在每次求解后根据两场的计算结果更新空间电荷密度,反复迭代求解直至计算结果收敛。该算法舍弃了Kaptzov和Deutsch假设,并提出了一种有效的电荷密度更新公式,同时考虑两场电位差别、电场与边界条件的差别,使迭代较快收敛。通过与实验模型的测试结果对比,验证了算法的有效性。     

直流输电线下存在建筑物时合成电场计算的有限元方法

随着中国直流输电工程的快速建设,经济发达地区输电走廊日益紧张,直流输电线路附近存在建筑物时的合成电场问题日益受到关注.对上流有限元法进行改进,使导体表面电场强度计算精度比单元电场插值方法的计算精度提高了近2个数量级,对计算过程中导线表面场强满足起晕场强约束具有重要意义.同时,对迭代过程中的节点电荷更新策.略进行改进,使算法更易于实现.依托中国电力科学研究院的实验平台,对线下存在建筑物时的实际境况进行模拟实验,测量结果验证了计算方法的有效性.最后,对线下存在建筑物时的合成电场分布特点进行分析.     

以单极通量线法为初值的直流合成场数值计算及实测

直流合成电场是直流工程电磁环境问题的关键因子,准确高效的预测和长期有效的监测对电网稳定运行具有重要意义。为此,提出了以单极通量线法获得的电荷密度作为导线表面初值的上流有限元法,并分别在实验室内和实际直流输电线路断面下开展了合成电场的连续监测。经对比,本文提出方法在保证计算准确性的同时,显著提高了求解速度;在实验室内进行的合成电场模拟试验结果与计算结果相比,最小相对误差为0.41%,最大相对误差为8.3%,绝对误差最大值为0.722 kV/m,验证了方法有效性;选取的±500 kV宜华线和±800 kV灵绍线2处断面的合成电场连续监测结果虽然受环境因素影响波动明显,但与计算结果趋势一致且较相符。所提方法在具有较高的求解速率的同时还保证了计算准确性,而实测结果可为超、特高压合成电场的研究提供数据依据。     

直流输电线路三维合成电场计算的有限元方法

详细计算直流输电线路下方人员活动及线下存在建筑物的合成电场分布时,迫切需要进行三维离子流场计算.提出一种可计算双极三维离子流场的数值计算方法--三维上流有限元法.该方法首先应用于同轴圆柱、同心球壳的离子流场算例,计算结果与解析解吻合得很好.然后将其应用于直流输电线下存在建筑物情况下的合成电场计算,模拟实验结果证明了算法...     

直流输电线路下方建筑物附近离子流场的计算

直流输电线路下方建筑物附近电场分布复杂,基于Deutsch假设计算建筑物附近的离子流场在理论上会造成较大的误差,同时无法考虑风速的影响。基于上流有限元方法计算直流模拟试验线路下方房屋模型附近的离子流场,采用新型的迭代收敛控制技术,保证了迭代收敛过程的稳定性。计算结果与试验数据进行对比,得到了很好的验证。结果表明上流有限元方法适用于直流线路下方建筑物附近离子流场的计算。考虑风速的影响,计算建筑物附近离子流场,发现风速对建筑物附近合成场强以及离子流密度的影响很大,因此在计算直流输电线路下方建筑物附近电磁环境时,必须考虑风速对离子流场的影响。     

高压直流输电线路离子流场的计算方法研究

高压直流输电线路发生电晕放电时,周围空间会充满带电离子,从而使空间电场显著增强。为了准确计算地面离子流场,文中采用该有限元—积分法对双极离子流场的控制方程进行求解。文中在计算合成电场时采用了有限元外推法,同时还对空间电荷密度初值进行了改进。通过利用该方法对同轴圆柱模型和±400 kV的直流线路进行的比对计算,验证了该算法的有效性。同时,在实际的±500 kV直流线路上,把该算法的计算结果与已有算法的计算结果进行了对比。实际线路验证和算法间对比均表明,该方法具有较好的精度。最后,采用所提出的方法对±800 kV直流输电线路的地面合成电场和离子流密度进行了预测。     

特高压直流输电线路离子流场的有限元-积分法计算

针对特高压直流输电线的地面电场和离子流密度的计算问题,采用有限元-积分方法,对双极离子流场的控制方程进行求解,同时还对空间电荷密度初值进行了改进。通过计算,发现该方法能较快地获得稳定的数值解。通过采用该方法对±400kV的直流线路进行了比对计算,验证了该算法的有效性。将该方法应用于实际的±800kV直流输电线路,对地面合成电场和离子流密度进行了计算,分析了导线对地高度、极间距、正负极起晕情况不同以及避雷线对地面合成电场和离子流密度的影响。结果显示随导线高度升高和极间距减小,地面的最大电场强度和离子流密度随之减小。在正、负极起晕不同时,负极导线下面的合成电场和离子流密度的最大值比正极大。计算中,考虑避雷线会增大地面的合成场强和离子流密度,但是不明显。     

高精度上流有限元法在特高压直流输电线路离子流场计算中的应用

在对高压直流(HVDC)输电线路下的电磁环境进行预测时,地面合成场强和离子流密度的计算问题实际上是一个多维非线性问题。在对剖分单元进行处理时,为了解决传统的有限元方法、上流有限元法采取线性假设与线性插值,存在计算量大、精度差、算法效率低的问题,提出一种新的非线性空间电荷密度插值方法,从理论上推导了算法的实现过程,并基于上流有限元方法对离子电流密度方程进行迭代求解。采用该算法对现场运行的±500 k V和±800 k V输电线路离子流场进行了理论计算与现场实地测量,并将理论计算结果与实际测量结果进行了对比,结果表明:所提出的算法能在减少计算量的同时提高计算的准确度。针对风速对双极离子流场影响的研究较少的情况,研究讨论了不同风速影响下的双极离子流场问题,得到了风速对双极离子流场地面最大合成场强和离子流密度影响的规律,为新的直流输电线路的设计提供了有力的参考。     

高压直流输电线路离子流场计算预测方法

高压直流输电线路发生电晕放电时,周围空间会充满带电离子,从而使空间电场显著增强,并使空间电场的计算更加困难和复杂。基于上流有限元法提出一种计算直流线路离子流场的方法,并对有限元网格剖分方式和导线表面电荷更新方法进行了改进,实际线路下测试结果验证了该算法的有效性。     

应用混合有限元法有限体积法处理运动电磁问题

提出应用混合有限元法有限体积法处理运动电磁问题,讨论了运动电磁问题控制方程的特性,阐明了Galerkin有限元法离散格式的误差估计,说明了一般Galerkin有限元法处理对流占优型对流扩散方程时解的不稳定性.结合应用数学领域中处理对流扩散方程的方法,提出了用有限元法离散控制方程的扩散项,而用有限体积法离散控制方程的对流项,同时在对流项的离散中引入迎风思想以消除解的振荡.应用这种方法计算了一个简单的运动问题,结果表明该方法可以很好的处理运动问题.     

有限元法与有限体积法相结合处理运动电磁问题

提出了应用有限元法与有限体积法相结合处理运动电磁问题。运动电磁问题控制方程的特性是方程中不仅有二阶导数项,还含有一阶导数项,且一阶导数项的系数很大。处理这类问题的关键是如何离散一阶导数项。阐明一般Galerkin有限元法离散格式的误差估计,说明一般Galerkin有限元法处理对流占优型对流扩散方程时解的不稳定性,当局部Peclet数较大时,Galerkin有限元法求解会使结果产生明显的振荡。在比较了有限元法与有限体积法各自优点的基础上提出将这2种方法相结合处理运动电磁问题,同时,在对流项的处理中还引入了迎风格式以消除数值解的振荡。对简单的一维问题分别应用解析法和数值法计算,从而说明了文中提出的方法的正确性和高效性。应用该文方法计算了一个简单的运动问题,结果表明这种方法可以很好地处理运动电磁问题。     

含沙水流定常边界层的流动特性研究

本文在推导固液两相流动边界层数学模型的基础上 ,采用泊松 (Poisson)方程来生成网格 ,使网格的生成得到较好的控制 ,同时对方程进行适体坐标变换并利用有限差分法对之进行离散求解。为固液两相流动的流场计算提供了一个可行的方法     

Efficient three‐dimensional parallel simulations of PHEMTs

An efficient 3D semiconductor device simulator is presented for a memory distributed multiprocessor environment using the drift–diffusion (D–D) approach for carrier transport. The current continuity equation and the Poisson equation, required to be solved iteratively in the D–D approach, are discretized using a finite element method (FEM) on an unstructured tetrahedral mesh. Parallel algorithms are employed to speed up the solution. The simulator has been applied to study a pseudomorphic high electron mobility transistor (PHEMT). We have carried out a careful calibration against experimental I–V characteristics of the 120 nm PHEMT achieving an excellent agreement. A simplification of the device buffer, which effectively reduces the mesh size, is investigated in order to speed up the simulations. The 3D device FEM simulator has achieved almost a linear parallel scalability for up to eight processors. Copyright © 2005 John Wiley & Sons, Ltd.     

高压直流单极离子流场的有限元迭代计算

采用有限元方法对HVDC单极离子流场进行迭代求解,在采取一定近似条件的情况下,将描述高压直流线路周围场分布的三阶非线性偏微分方程分解为对泊松方程和电流连续性方程的分别求解。在给定空间电荷密度初值后,不断迭代求解并根据每一步结果对空间电荷密度修正直至收敛。讨论了计算中需要考虑的若干问题,舍弃了Deutsch假设,并用更符合实际的导体表面场强经验公式代替Kaptzov假设,提出一种空间电荷密度更新公式。最后用具有解析解的同轴圆筒电极问题对该算法进行了验证,并与相关HVDC模型实验数据进行比较,得到了较满意的结果。该方法可适用于HVDC单极离子流场的计算分析。     

On the numerical aspects of deterministic multisubband device simulations for strained double gate PMOSFETs

In this paper numerical aspects of deterministic multisubband device simulations are presented for strained double gate PMOSFETs including magnetotransport. The simulations are based on a self-consistent solution of the multisubband Boltzmann transport equation (BTE), 6×6 k?p Schrödinger equation (SE) and Poisson equation (PE). For accurate and efficient calculation of the subband structure, an efficient discretization of the 2D k-space combined with a monotonic cubic spline interpolation is employed. The multisubband BTE is solved with a deterministic method based on a Fourier expansion of the distribution function. The Fourier series is found to converge rapidly for nanoscale double gate PMOSFETs. A convergence enhancement method for the Gummel type SE-PE-BTE loop by solving the BTE-PE simultaneously is proposed.     

非线性时变涡流场—考虑周期性条件的解法

非线性时变涡流场方程的解,通常需要给定一初值作为迭代求解的开始,而在某些实际情况中,初值(零时刻)是不易确定的,本文提出一种不需要给定初值的,由周期性条件作为约束的有限元方法,并考虑电压源激励,以场路结合的形式对一台单相变压器空载运行过励磁情况下的磁场和电流进行了分析计算,计算与实测结果表明,该方法具有精度高、时间剖分点少等优点。     

Calculation of the electromagnetic parameters of a switchedreluctance motor using an improved FEM-BIEM-application to differentmodels for the torque calculation

This paper expands on a hybrid numerical method coupling the finite element method (FEM) and boundary integral equation method (BIEM), developed to calculate magnetic fields in a switched reluctance motor (SRM). This hybrid approach is a solution to the issues stemming from the small size and odd shape of the SRM airgap, where meshing an FEM grid is difficult. In the past, the stator and rotor FEM domains kept their actual shapes, which resulted in problems with the definition of the unit outward normal vector n&oarr; at the corner points of the SRM poles. Therefore, the normal derivative of the magnetic vector potential, i.e., the tangential component of the flux density, was undefined at these points. In this paper, a new approach with new definitions of the stator and rotor FEM domains is presented. The new concept defines the SRM airgap as a ring in which circular boundaries permit the correct definition of the normal derivative quantities and exploit the natural Neumann condition. The electromagnetic parameters of a 7.5 kW SRM prototype machine were calculated using this new approach. They compare favorably with test data. Phase magnetization characteristics also have good precision and smoothness. These electromagnetic parameters were then used to assess and compare two different SRM models for the calculation of the torque on the motor shaft, the linear trapezoidal model and the nonlinear model. The comparison between the measured torque and the torque as calculated with the two different models shows that the more simple trapezoidal model should be satisfactory in many cases and could, in particular, be used in automated SRM designs     

一种稳定的混流式水轮机转轮流场准三元计算方法

本文介绍了一种性较高的混流式水轮机转轮流场准三元计算方法,该方法通过Ｓ１流面的积分方程法与Ｓ２流面的有了法迭代计算得到转轮内部流态。同时以哈尔滨大电机研究所研制的某转轮为例进行了计算,并对计算结果进行了整理和分析。