[發明專利]考慮背景流體影響下的GIS擊穿放電超聲波數值模擬方法

有效

• 申請號: 202111275525.2
• 申請日: 2021-10-29
• 公開（公告）號: CN113962169B
• 公開（公告）日: 2022-10-11
• 發明（設計）人: 司文榮;朱炯;姚維強;關宏;傅晨釗;胡海敏;倪鶴立;胡正勇;楊劍
• 申請（專利權）人: 國網上海市電力公司;華東電力試驗研究院有限公司;西安交通大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F111/10;G06F113/08;G06F119/08;G06F119/14
• 代理公司: 上海科盛知識產權代理有限公司 31225
• 代理人: 應小波

1.一種考慮背景流體影響下的GIS擊穿放電超聲波數值模擬方法，其特征在于，該方法包括以下步驟：

步驟1：根據已有的GIS實物模型建立其相對應的數值物理模型，考慮實際工況中存在的多物理場影響因素，將SF6氣體物性參數設置為隨溫度或壓力變化的函數，確保電-磁-熱-流多物理場耦合計算結果的精度；

步驟2：進行電-磁-熱-流多物理場耦合仿真計算，獲得穩態時GIS內SF6氣體的溫度分布結果、壓力分布結果和流速分布結果；

步驟3：通過弱形式的偏微分方程，將CFD計算網格下的溫度、壓力和流速分布結果映射至聲場網格；

步驟4：根據參數設置時SF6氣體的密度隨溫度和壓力變化的函數，最終獲得SF6氣體密度、壓力和流速隨空間變化的線性歐拉方程；

步驟5：通過在聲場網格中求解氣體密度、壓力和流速隨空間變化的線性歐拉方程獲得背景流體影響下的聲壓瞬時分布結果。

2.根據權利要求1所述的一種考慮背景流體影響下的GIS擊穿放電超聲波數值模擬方法，其特征在于，所述的步驟1中的考慮實際工況中存在的多物理場影響因素，具體包括：實際工況中存在由交流電引起的電磁感應，電流集中于導體與殼體表面的集膚效應，SF6氣體在重力和溫差作用下的自然對流，導體與殼體之間存在的輻射換熱。

3.根據權利要求1所述的一種考慮背景流體影響下的GIS擊穿放電超聲波數值模擬方法，其特征在于，所述的步驟1中的需要設置多場耦合的物理場，并對網格進行嚴格的考核，確保電-磁-熱-流多物理場耦合計算結果的精度。

4.根據權利要求1所述的一種考慮背景流體影響下的GIS擊穿放電超聲波數值模擬方法，其特征在于，所述的步驟1中的SF6氣體物性參數包括密度和定壓熱容。

5.根據權利要求1所述的一種考慮背景流體影響下的GIS擊穿放電超聲波數值模擬方法，其特征在于，所述的步驟3中，將研究n的電-磁-熱-流多物理場耦合計算的結果映射至聲場網格的弱表達式為：

其中P0表示壓強，U0和V0分別表示聲場網格下流速在X方向和Y方向上的分量，T0表示聲場網格下的溫度，withsol('soln',spf.pA[1/Pa]表示調用研究n的解的流場壓力；'soln'表示研究n的解；spf.pA[1/Pa]表示流場壓力；test(P0)表示P0的試函數；Δ表示擴散量參數；h表示網格尺寸；P0x表示壓力P0對x的偏導；P0y表示壓力P0對y的偏導；withsol('soln',u[s/m])表示調用研究n的解的X方向流速；u[s/m]表示流場網格下X方向流速；test(U0)表示U0的試函數；U0x表示聲場網格下流速U0對x的偏導；U0y表示聲場網格下流速U0對y的偏導；withsol('soln',v[s/m])表示調用研究n的解的Y方向流速；v[s/m]表示流場網格下Y方向流速；test(V0)表示V0的試函數；V0x表示聲場網格下流速V0對x的偏導；V0y表示聲場網格下流速V0對y的偏導；withsol('soln',spf.T[1/K])表示調用研究n的解的溫度；spf.T[1/K]表示流場網格下的溫度；test(T0)表示T0的試函數；T0x表示聲場網格下溫度對x的偏導；T0y表示聲場網格下溫度對y的偏導。

6.根據權利要求1所述的一種考慮背景流體影響下的GIS擊穿放電超聲波數值模擬方法，其特征在于，所述的步驟4中，用于在聲場網格下求解的SF6氣體密度、壓力和流速隨空間變化的線性歐拉方程具體為：

其中，ρ為聲波擾動下的SF6氣體密度，Kg/m³；為網格映射后的背景流體速度矢量，m/s；ρ₀為網格映射后的背景流體密度，Kg/m³；f_p表示與域質量源和域壓力源相關的源項；超聲傳播的速度矢量，m/s；表示與域速度源和域力源相關的源項；p為聲壓，Pa；c₀為超聲波在SF6介質中的傳播速度，m/s。