EBE有限元在三维电磁场计算中的应用研究

发布时间：2020-05-08 04:32

【摘要】：随着特高压电网的发展,大型电力设备的几何尺寸越来越大,考虑到透入深度,利用有限元法分析电力设备的电磁场时,为了保证计算精度,需要进行大量的网格剖分,使得计算规模变得很大,用传统串行有限元法将无法达到合理的计算精度,甚至无法求解。因此并行算法越来越引起研究者的关注,并且被应用到数值计算中。本文研究了单元级别并行算法—EBE(element-by-element)有限元算法在在三维电磁场计算中的应用,并且采用了C++语言开发了相应的有限元计算程序。本文结合传统有限元法对EBE有限元方法进行了详细推导,研究了算法相关的数值计算方法、系数矩阵预处理技术及边界条件处理。研究了应用于EBE有限元方程组求解的共轭梯度法。推导了基于EBE有限元方法求解的共轭梯度法和基于系数矩阵Jacobi预处理的共轭梯度法。在二维EBE方法的基础上,结合三维电磁场分析的加权余量法,建立了三维四面体单元的EBE有限元数学模型,推导了三维EBE有限元的离散格式及边界处理。采用C++语言编写出了相应的三维EBE-CG法和三维EBE-J-PCG法的计算程序,通过对长直载流导线空间磁场的分析,验证了方法和程序的准确性和有效性。将上述三维EBE-CG法和EBE-J-PCG法的C++程序应用到一台单相变压器和一台三相五柱变压器的主磁场计算中,经过计算结果可视化处理得出主磁场分布图,通过计算结果分析比较发现,在计算精度相似的情况下,经过预处理后,EBE有限元法求解收敛性明显提高。
【图文】：

1 1e e 如下：(1) (1) ( )( , , )T T TE TQ Q Q Q (1)(2)( )( )( )...e iEA diag AAAA阵,他使得总体节点排序和单元局部节者 1。仅有一个非零元素,其余元素均为 0。个节点变量相对应，每一列上非零元示的一个简单二维有限元网格图。

图 3.1 四面体单元Fig. 3.1 Tetrahedron element元 4 个节点编号为 K、L、M、N，其顺序满足右手：1( )6ei i i i ieN p q x r y s zV (i K , M , M M MK N N NL L Lx y zp x y zx y z K K M N N L L x y p x y x y K K KN M M ML L Lx y zp x y zx y z K K L M M N N x y p x y x y 111M MK N Ny zq y zy z 111K KM N Ny zq y zy z
【学位授予单位】：沈阳工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TM15

【参考文献】

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6 夏俊峰;杨帆;李静;郑秀玉;;基于GPU的电力系统并行潮流计算的实现[J];电力系统保护与控制;2010年18期

7 陈权;诸昌钤;张本才;;并行有限元计算的一种新途径[J];路基工程;2009年03期

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9 厉天威;阮江军;黄道春;刘忠杰;;大规模电磁场数值计算中并行迭代方法的比较[J];电工技术学报;2007年08期

10 刘耀儒,周维垣,杨强,陈新;三维有限元并行计算及其工程应用[J];岩石力学与工程学报;2005年14期

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3 张立霞;电磁场有限元分析中并行计算的研究[D];河北工业大学;2006年

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本文编号：2654125