[发明专利]户内变电站主变室流场温度场数值模拟快速计算方法、系统

说明书

技术领域

本发明涉及一种能源系统动态特性及控制领域，特别是一种户内变电站主变室流场温度场数值模拟快速计算方法、系统。

背景技术

计算流体力学技术：计算流体力学(CFD)是近代流体力学，数值数学和计算机科学结合的产物，它以电子计算机为工具，应用各种离散化的数学方法，对流体力学的各类问题进行数值实验、计算机模拟和分析研究，以解决各种实际问题。

由于计算流体力学技术具有成本低和能模拟较复杂或较理想的过程等优点，因此采用计算流体力学的方法对户内变电站主变室的流场和温度场进行分析具有重要的工程实用价值。但是常规的CFD计算中，前期的外观建模、绘制网格以及后期计算中所涉及到的求解方法需要耗费大量的计算时间和计算内存，不仅对使用人员的建模能力、网格绘制经验的要求较高，而且对于计算机的内存空间和计算性能也有很高的要求，计算耗时长、内存占用量大、计算结果受人为因素影响严重等问题已称为阻碍CFD计算推广应用的主要瓶颈。

发明内容

本发明的其中一个目的就是提供一种户内变电站主变室流场温度场数值模拟快速计算方法，可以实现智能的网格划分过程，大幅缩短计算求解时长以及减小计算机所占内存，为户内变电站主变室流场与温度场的计算提供便捷、快速且满足工程精度需要的数值计算手段。

本发明的目的之一是通过这样的技术方案实现的，它包括有如下的具体步骤：

1)根据参数化外观建模算法以及智能网格划分算法、速度场快速求解算法以及温度场快速求解算法所需的输入参数和输出参数，建立输入、输出参数表；

2)根据参数化外观建模算法、智能网格划分算法对户内变电站主变室的计算空间进行外观建模和网格划分；

3)将上述网格划分的结果输入到速度场快速求解算法以及温度场快速求解算法中进行计算，并将流场的计算结果存储到输出参数表；

4)将输出参数表中的数据输入到流场可视化程序中；

步骤1)中所述的输入参数表用于存储流场温度场数值模拟计算的参数，包括户内变电站主变室参数化建模和网格划分所需的整体尺寸参数、户内变电站主变室用于内部的障碍物及边界尺寸参数、速度场快速求解算法以及温度场快速求解算法所需的参数；所述的输出参数表用于存储计算结果；

步骤2)中所述的参数化外观建模算法，具体步骤为：

2-1-1)读取用户输入的变电站主变室整体的尺寸信息；

2-1-2)经系统自动检查无误后，依次读入障碍物的位置及尺寸信息，进出口位置、尺寸及方向信息，风扇的位置、尺寸及方向信息；

2-1-3)自动完成变电站主变室的外观建模，并且将外观建模的信息传递到智能网格生成算法中；

步骤2)中所述的智能网格划分算法的具体步骤为：

2-2-1)读入由参数化外观建模算法生成的信息，包括障碍物位置及尺寸信息、进出口位置以及尺寸和方向信息、风扇的位置以及尺寸和方向信息、还有从输入参数表中读取的X、Y、Z三个坐标轴的网格整体数量；

2-2-2)采用障碍物和边界的坐标值将X、Y、Z三个坐标轴分成若干段；

2-2-3)将分成的每一段的长度逐一求出；

步骤3)中所述的速度场快速求解算法包括密度简化算法、微分方程分布投影算法以及湍流方程求解快速算法；

所述的密度简化法采用的是Boussinesq近似，即将密度以及流场的物性参数均视为常数，其公式为：其中R为气体常数，取值为R＝287.1J/(Kg·K)，公式中T₀为参考温度，取值为室外温度值，P₀为参考压力值，取值为一个大气压；

进一步所述的微分方程分布投影算法，将时间步从n推进到n+1的方法是：首先从时间步n推进到对流-扩散中间步*，应用的公式为：

其中u^*为中间步*的速度项，uⁿ为当前时间步n的速度项，u^n-1为上一个时间步的速度项，V代表网格单元面中心的速度矢量，用来计算面元的通量，中间步的推进完成之后，V^*通过格点中心的u^*的插值计算，V^n-1为上一个时间步的V，而Vⁿ⁺¹为下一个时间步长的V，v_t为湍动强度,△t为时间步长，Tⁿ为当前时间步的温度项，S为控制面积,为拉普拉斯算子；