基于误差传递方程的离子流场迎风有限元高精度计算方法

发布时间：2021-01-17 18:52

　　为快速稳定地计算高压直流输电线路下的离子流场分布,T.Takuma提出迎风有限元方法。该方法计算格式简单,但计算精度较低,为解决该问题,提出一种基于误差传递方程的修正方法,通过使用迎风有限元方法求解误差传递方程,对连续性方程的解进行修正。数值算例表明,该文方法能够改善空间离子流场通量守恒特性,提高计算结果的精度。该文提供了一种通过显式差分格式的计算量获得高精度计算结果的思路,可推广应用于其他物理场的计算。 

【文章来源】：电工技术学报. 2020,35(21)北大核心

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

平行板模型下精度对比

本节将修正方法应用于电压等级为±800kV的六分裂高压直流输电线路[21]，模型的几何信息如图3所示。真实线路模型具有两个典型特征：分裂导线半径远小于整体计算区域的尺寸，大量网格集中在导线附近，而远离导线区域网格分布稀疏；导线附近电荷密度衰减剧烈，在远离导线区域电荷变化平缓。

图4所示为两种方法得到的地面附近离子流分布，相差不大，且都位于测量结果范围内。为进一步比较导线与地面之间区域的计算精度，选取一系列围绕负极性导线的同心圆为积分路径，由于空间电荷具有通量守恒特性，通过各个积分路径的电晕电流通量应该相同。将通过负极性导线表面的电晕电流通量作为基准值，比较不同路径下通量误差，±800kV高压直流输电线路不同积分路径通量守恒误差对比如图5所示。由图5可知，如果使用迎风有限元计算连续性方程，随着积分路径的半径逐渐扩大，通量误差逐渐增长至10%，将网格点数由11 312点增加至23 988点，并不能有效减小通量误差。如果使用修正方法求解连续性方程，可以将通量误差限制在2%以下。另外可以看到修正方法在进行了若干网格加密操作后耗时仅为210s，不超过相同网格下原方法计算时长的两倍，即本文提出的修正方法能够付出较少的计算代价，有效提高计算精度，抑制误差的传递，使数值解满足通量守恒特性。图5±800kV高压直流输电线路不同积分路径通量守恒误差对比

【参考文献】：
期刊论文
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本文编号：2983414