用边界单元法计算电场问题

求解电场问题的数值计算方法很多.广泛应用的有限差分法及有限单元法都是在整个场域进行离散,新近发展起来的边界单元法则是对场域的边界加以离散,从而使联立方程式的数目大为减少,所以在求解某些电场问题时,要比有限差分法及有限单元法方便得多.本文根据电位的积分公式,离散得到电位的边界单元方程,然后通过两个例子与其它方法进行对比,说明边界单元法是求解电场问题的一种较好的方法.     

求解电磁场的分片多项式方法

本文对给定区域的任意三角剖分，利用分片二次多项式的基函数，导出了一种求解任意场域二维电磁场问题的新数值计算方法－分片多项式方法，按此方法不仅可保证场域中位函数的连续性，而且可保证场量（位的导函数）的连续性，从而提高了电磁场问题数值解的精度，本文方法与通常线性插值有限法相比较，还具有三角元剖分数少及初始输入数据工作量小等优点。     

二维开域电磁场的一般解法

针对开域空间磁场计算问题，提出了求解二维开域电磁场问题的一种新解法。这种解法可以将开域的场域缩小到包含所有铁磁媒质和电流区域的最小圆形范围，而问题的结果可以覆盖整个开域空间，计算分析表明，这种方法实现简单，只需求解圆形区域的有限元方程和边界方程，所需计算内存和CPU时间都很小。     

超高压避雷器电位分布的计算机辅助分析

本文基于多导体系统的麦克斯韦静电场方程,成功地运用有限元素法计算电场分布以及多导体系统的各个部分电容,利用这种方法可以很好地选定超高压避雷器的屏蔽电极的尺寸,纵向补偿方案。所编制的源程序适用于三维平面场,轴对称电场以及三维的敞开边界的电场计算。     

直接由有限元方程计算边界场量与积分量的新方法——通量替换法

本文在有限元素法的基础上,实现了场域第一、第二类边界条件的等效替换,并据此导出了计算电荷量与导体表面场强或边界法向场强及介质分界面上法向场强的新方法——通量替换法。这种方法不必采用位函数的导数求场强以及对边界场强的积分求电荷量,不仅十分简单,而且精度显著提高。     

电磁场边界元法分析中的子域法应用

本文探讨了电磁场边界元法分析中的子域法应用。对于含有多层介质(可分为多个子域)的场域,采用子域法分析,具有占机内存小,计算时间也能相应缩短的优点,因而易于在较小型的计算机上实施尺寸较大场域的分析计算。这使边界元法更方便、更有效地应用于工程实际,是一种行之有效的方法。     

数值计算在岩土工程中的应用

岩土工程数值计算方法随着计算机的普及而得到了工程界的广泛重视,已成为岩土工程分析、设计和监测中的强有力的计算工具。当介质为非线性、非均质、各向异性或者边界几何形状与荷载较复杂时,解析法往往困难很大,此时只能用数值分析法。目前主要的数值分析方法有有限差分法FDM、有限单元法FEM、边界单元法BEM等。本文首先结合已有工程案例介绍有限差分法在地基沉降计算分析中的应用,以及有限元法在边坡稳定性分析中的应用。最后提出作者下一步准备系统研究的一项工作,即如何结合基坑工程监测数据,利用数值软件模拟设计施工过程,实现基坑工程由平面结构设计向空间结构设计的转变,进而更加合理的指导现场监测工作,减少工程造价。     

幂级数法在感应透热设备的涡流场计算中的应用

本文基于幂级数法在涡流场问题中的应用,结合采用数值积分和有限差分法对感应透热工程中经常遇到的轴对称涡流场及有关电磁参数进行数值计算,并分析和讨论了幂级数法在应用中的收敛性。数值计算结果与买验数据相比较表明,本方法具有较理想的工程计算精度,是用于感应透热设备的涡流场计算及电磁设计的一种有效方法。     

静电场数值计算中多种介质的程序处理

一、前言当静电场为XY平面上二维场且域中无自由电荷分布时,电位函数u(x,y)满足下述的调和方程: ?~2u/?x~2 ?~2u/?y~2=0(1) 当静电场为三维轴对称场且域中无自由电荷分布时,则电位函数u(x,y)满足下述的调和方程: ?~2u/?x~2 ?~2u/?r~2 1/r?u/?r=0(2)式中r为场点到对称轴的距离。由(1)式或(2)式,结合给出的边界条件,可得到方程的解。若场域的几何形状比较复杂,用解析法求解就遇到了困难,这时需要采用数值计算方法。近些年来,在工程实践中广泛地应用有限元素法来计算静电场的问题。     

基于流体多组分传输的气体绝缘母线温度场数值计算与分析

气体绝缘母线的工作状态与其散热性能以及温升直接相关。建立了有限元模型计算母线导体焦耳热损耗以及外壳涡流损耗,根据流体力学理论,采用流体多组分传输模型计算母线流场与温度场分布。利用单元映射方法实现涡流场、流场以及温度场的间接耦合,综合考虑母线与其内部绝缘气温度变化特性。针对分相封闭母线及共相封闭母线两种不同母线结构稳态与瞬态温度场进行数值计算,分析了母线与气体及外部空气边界的对流与辐射换热效应、流体物性参数随温度变化特性。针对分相封闭母线及共相封闭母线两种不同母线结构稳态与瞬态温度场进行数值计算,分析了母线与气体交界面对流与辐射换热量的比例关系、传热系数分布以及母线温升随电力负荷与时间的变化过程。通过对比计算结果与传统工程算法、单组分分析方法以及实验结果,验证了该模型的正确性。     

电磁检测中的开域电磁场数值计算

该文以涡流电缆偏心检测为例，针对电磁检测中开域涡流磁场难于求解这一问题，根据有限元和边界元的特点，对开域电磁场，采用设定虚拟边界的方法将无界场域分割成闭合的内部区域和开放的外部区域，在两个区域分别采用有限元法(FEM)和边界元法(BEM)，在虚拟边界上采用直接耦合方法，使有限元方程和边界元方程得以成功组合，从而获得全域解。该方法避免了利用自然边界划分有限元区和边界元区，使开放的边界元区含有多种媒质及源，造成边界元方程组非对称满阵阶数过高，难于计算的缺点。得出了磁场的分布及其检测对象的涡流损耗。计算结果与偏心量变化的线性关系和实验结果与偏心量变化的线性关系在视在阻抗的物理意义上具有良好的一致性，且磁场分布趋势合理。     

有限元—边界元耦合法在3维开域涡流场中的应用

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。分别使用单纯有限元和有限元—边界元耦合法对TEAM 7问题进行了计算,通过对比3种有限元模型的计算结果指出了截断边界和远场单元在处理开域问题上的缺陷。为了探讨有限元—边界元耦合法的建模方式,根据包裹空气层的不同建立了3种模型并进行了对比分析。通过对数值仿真结果和实测数据进行对比,证明了有限元—边界元耦合法在处理3维开域涡流场问题上的有效性。     

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。     

子结构法及其在计算开域非线性磁场问题中的应用

对于磁场(尤其是三维磁场)数值计算,最关键的问题在于计算的效率,即如何将计算费用压缩到最低程度。本文将介绍一种求解开域非线性问题的算法——子结构法。这种算法根据线性区域和非线性区域的不同性质而将线性区进行一次性处理,从而避免了对线性区域的重复迭代计算,线性区的计算中非线性区对其的影响是通过它们的交接面来体现的。通过这种方法处理以后,对整个非线性问题的求解就归结为对非线性区及其接口上的节点进行迭代,从而减少了迭代方程的阶数。对于开域非线性磁场问题,使用这种方法可以有效地降低计算费用。文中给出了实现子结构法的程序框图,并对一些实例进行了计算分析,将子结构法与其它算法进行了比较,结果表明,对于开域非线性磁场问题,子结构法具有经济实用、原理简单等优点。     

步进电动机静转矩计算的数据前处理程序

步进电动机静转矩的较精确的计算需建立在复杂的磁场计算的基础上。尽管磁场的数值计算方法已为较多的电机工作者所熟悉,但是从目前情况看,要使这一类方法应用于解决实际的工程问题,产生实际的效益,并比较地普及化,还需要做大量的工作。齿层比磁导法,是一种较简化的场路结合的方法,相对来说可以用来较方便地计算步进电动机的静转矩。尽管这种方法中解场的问题仅限于齿层,但是在该区域内有限元素的剖分     

面贴式永磁力矩电机气隙主磁场解析数值分析法

为了准确计及定子开槽的影响,采用解析和数值相结合的方法计算面贴式永磁力矩电机的气隙磁场。场域划分为均匀气隙区域和扩展槽形区域,首先用解析法计算气隙区域内的矢量磁位;再用数值法求解槽域内的磁场。槽域扩展部分的边界条件由解析法获得,槽域内的永磁体等效成面电流;最后汇总各槽域计算结果得到开槽后整个气隙区域磁通密度分布。将开槽气隙磁场的波形和感应电动势的计算波形分别与有限元法计算结果和实测波形进行比较,一致性较好,证明了该方法的正确性和有效性。     

采用阻尼水平定义边界的实用电力系统小扰动稳定域

提出了一种适用于低频振荡、次同步振荡问题分析的电力系统小扰动稳定域(P-SSSR)定义方法。根据低频振荡、次同步振荡的特点,分别以相对阻尼水平和绝对阻尼水平定义了一种新的小扰动稳定边界,并用这种新的稳定边界构成P-SSSR。提出了一种连续法和直接法相结合的稳定域边界求解方法,在IEEE次同步谐振第一标准模型中分别计算了传统小扰动稳定域(SSSR)和P-SSSR边界,比较了这2种稳定域的计算耗时和边界点特性。结果表明,实用电力系统小扰动稳定域考虑了实际运行的阻尼水平要求,使得位于该小扰动稳定域内的运行点符合实际运行的阻尼标准,能在几乎没有增加计算量的情况下获得一种更为可靠实用的电力系统小扰动稳定域,具有重要的理论研究价值和工程实用意义。     

基于有限公式法的水冷永磁同步电机三维温度场分析

有限公式法是一种直接从物理规律出发、借助定义在两嵌套网格几何元素上的全局变量构造离散方程的新型数值计算方法。在建立有限公式法温度场数学模型的基础上,本文讨论了基于映射网格的对流散热边界处理及其编程实现,并给出了有限公式法温度场模块化编程的基本思路。最后,以对一台20k W水冷永磁同步电机三维温度场的分析,研究了冷却水流速、冷却水温与电机温升分布的规律;并以电机温升试验值、同一网格下的有限元法计算值验证了所编制程序计算的准确性、可靠性。     

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     

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。