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。     

TEAM9-1问题讨论与混合有限元法有限体积法的应用

讨论了TEAM9-1问题并应用混合有限元法有限体积法计算TEAM9-1问题模型.对于TEAM9-1问题文字描述与所给数据的不一致性,应用解析法对部分数据进行分析对照,明确了TEAM9-1问题的描述及给出数据.通过对TEAM9-1问题所给数据的分析还指出了TEAM9-1问题中空腔外壁为铁磁性材料时在某些载流线圈运动速度下给出的磁场强度数值的不合理性.将不同迎风格式的混合有限元法有限体积法应用于TEAM9-1问题,并比较了计算结果.     

基于有限元与有限体积法的直流输电线路合成电场计算方法

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.为了准确计算地面合成电场,基于有限元和有限体积法提出一种计算直流输电线路合成电场的混合方法.为了验证该文算法的有效性,在实验室搭建了单极性、双极性导线以及分裂导线的实验模型,并进行了大量合成电场测试.同时,与已有算法的计算结果进行了对比.实验验证和算法间对比均表明,该方法具有较好的精度.采用所提出的方法对±800kV直流输电线路的地面合成电场进行了预测.     

有限元和有限体积法结合的油浸式变压器温度场计算方法

油浸式电力变压器是电网中的重要设备。为了准确得到油浸变压器的温度场,文章经过对比有限元和有限体积法的各自优点,提出了一种新的变压器温度场分布的混合计算方法;以一台110 kV/31.5 MVA变压器为例建立立体模型,并利用有限元和有限体积混合方法,得到变压器的温度场分布结果。通过对比运行监测到的变压器顶层油温数据和混合方法得到的计算结果,结果表明,混合计算方法的计算结果与监测数据的平均误差只有1.6℃,证明了这种计算方法能更准确计算油浸式变压器的温度场。     

一种基于有限体积法计算汽轮机汽缸轴向膨胀的新方法

汽缸与转子轴向相对膨胀是影响汽轮机启动速度及机组运行安全的重要因素之一,目前对汽缸膨胀的计算与模拟尚不能用于电厂机组运行的实时监测。该文在圆筒壁非稳态导热的基础上,给出了圆筒壁温度分布的解析解,提出有限体积法计算汽缸轴向膨胀。定义了体积膨胀特征温度,将汽缸沿轴向分成若干段,每段简化成圆筒壁,在此基础上,计算有限体积的膨胀特征温度,分别计算各段的膨胀量,然后累加。对理论模型进行了有限元验证,计算结果与有限元结果误差较小,满足工程计算的需要。通过该计算方法,结合已有转子膨胀计算方法可以实现汽缸轴向胀差的实时监测。     

基于有限体积法的输电杆塔风场数值模拟

基于有限体积法和非结构网格划分,建立三维输电杆塔风场模型,该模型采用非结构网格对求解区域进行离散,采用Fujita公式和Veno Takeo风场模式模拟气压场和风场,以超高压输电杆塔为例,模拟其动态风场并进行流固耦合动力特性分析,将数值模拟数据与现场实测数据进行对比,说明数据的准确性和所采用方法的有效性。     

高压断路器气流场有限体积及TVD格式法的研究

将有限体积法与TVD格式相结合对高压断路器气流场的计算进行了深入的研究。根据SF6断路器流路复杂、固壁形式多样、动触头高速运动的特点 ,本文采用区域分解、滑移网格连续移动、数据实时传递等技术 ,消除了传统网格滑移中计算时间、步长变化的各种限制 ,实现了计算时间的微量变化 ,很好地解决了传统方法中网格生成存在的各种问题 ,形成了高分辨率、高精度断路器流场计算的一整套新方法。     

基于混合法的油浸式变压器二维瞬态温度场仿真

温升是影响油浸式变压器正常运行的重要因素,为了得到变压器的温度场分布,提出一种基于混合方法的多物理场计算方法。对于油浸式变压器流体场和温度场的强耦合问题,混合方法考虑了温度对媒质物性参数的影响,采用迎风有限体积法和迎风有限元法依次计算流体场和温度场,即流体场和温度场依次循环求解,最终得到油浸式变压器启动过程瞬态温度场和稳态温度场。为了验证文中算法的有效性,采用换流变压器二维简化模型,分别采用文中方法和多物理场仿真软件Comsol计算了常温下的稳态温度场,计算结果验证了混合方法的准确性和有效性。在验证文中算法有效性的基础上,利用该方法分析了换流变压器常温环境下启动过程的瞬态温度场分布,分析结果可为工程提供参考。     

基于有限差分和有限体积法相结合的油浸式变压器三维温度场计算

为准确计算油浸变压器的温度场,在对比有限体积法(FVM)和有限差分法(FDM)各自优点的基础上,提出了一种计算变压器温度场的混合计算方法。以驻马店金桥变电站的一台31.5 MVA主变为例,建立了3维模型,利用有限体积和有限差分混合计算方法,并在绕组和铁芯的热传导计算中采用了高精度的预条件共轭梯度解法(PCGM),计算了变压器的3维温度场。将利用混合方法的平均温度计算结果分别与实际监测数据、使用同样模型的FDM及FVM算法计算出的数据、以及使用IEEE导则模型计算出的数据进行了对比。对比结果表明:混合算法的计算精度明显高于利用IEEE导则模型、FDM算法和FVM算法的计算结果,证明了这种混合计算方法能更准确地计算油浸式变压器的内部温度场。     

非重叠Mortar有限单元法在运动导体涡流场计算中的应用

使用非重叠Mortar有限单元法(non-overlapping mortarfinite element method,NO-MFEM)对2维轴对称滑动问题进行了计算。在处理运动问题时,NO-MFEM将求解区域分解为运动和静止2个子域。在子域交界面上,NO-MFEM不要求节点逐点匹配,在运动发生后只需要改变运动部件所在区域节点的坐标,从而克服了传统有限元法(finite elementmethod,FEM)在处理运动问题时需要不断进行网格重剖的麻烦。该文首先介绍了NO-MFEM的基本原理;说明了适合于该方法处理的运动问题的类型;通过2维静电场问题分析了NO-MFEM的非协调误差;使用NO-MFEM对感应线圈炮模型进行了计算,分析了发射过程中不同时刻空间磁场和电枢涡流的分布,通过与实验结果和其他数值仿真结果进行对比,验证了NO-MFEM在处理运动导体涡流场(moving conductor eddy current,MCEC)问题上的有效性。     

基于有限元法的多导体分布电容自动计算方法及其应用

多导体的分布电容参数是电磁暂态问题分析的基础,为了能够准确高效地得到复杂结构多导体间的分布电容,首先基于电磁场理论推导了以感应系数为待求量的方程组,其次给出了方程组系数矩阵中各非零元素的计算方法,然后基于有限元法计算空间电场能量作为方程组的右端项元素,再通过求解方程组得到感应系数矩阵,最后由感应系数矩阵得到分布电容。将该方法应用于具有解析解的双导体传输线模型的分布电容参数计算问题,对比分析了不同截断边界条件和剖分网格下的计算结果,计算结果表明该方法在适当的截断边界条件和剖分尺寸下,电容计算结果最大相对误差<1%,从而验证了所提方法的有效性。将该方法应用于典型架空线路和绕组匝间的分布电容参数计算,所提出的基于有限元方法计算多导体间分布电容的自动求解方法只需在建模时对多各个导体施加一次边界条件,然后利用所提方法实现方程组的构造、求解和分布电容参数提取,从而大大提高了效率。     

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。     

基于有限元法的隔离开关热稳定性仿真分析

隔离开关在实际运行中由于电阻损耗发热而温度升高,甚至超过允许温升,从而影响其工作性能。为了保证其工作的安全性和可靠性,建立了二维有限元分析模型,对隔离开关的进行热电耦合仿真分析。试验结果验证了仿真方法的准确性。该方法可为产品设计提供参考,并为提高隔离开关可靠运行提供理论依据。