[发明专利]一种山火条件下输电线路间隙空间合成电场计算方法

摘要

一种山火条件下输电线路间隙空间合成电场计算方法：根据典型植被燃烧试验，得到火焰高度、温度和形态，选择稳定燃烧区域，将输电线路下方间隙划分火焰体等效区域和气固两相体区域；分别采用差分运动颗粒粒径仪测量较小颗粒，采用游标卡尺测量较大颗粒，获得颗粒体积浓度与颗粒粒径的统计规律；计算火焰中颗粒的带电量qk；建立仿真模型，利用有限体积法求解瞬态温度分布和流体运动；仿真计算火焰间隙中颗粒运动情况，得到火焰间隙中颗粒分布；设置颗粒位置与荷电量，利用有限元法求解空间合成电场，得到不同位置的电场E；设置初始的颗粒分布和电场值，进行温度‑流体‑颗粒运动‑电场的多场耦合计算，得到最终的空间合成电场。本发明可为间隙的放电机理和击穿特性研究提供依据。

主权项

一种山火条件下输电线路间隙空间合成电场计算方法，其特征在于包括以下步骤：步骤1)：根据典型植被燃烧试验，观测火焰高度、温度、形态和火焰电导率，并根据上述燃烧特征选择稳定燃烧区域，将输电线路下方间隙划分火焰体等效区域和气固两相体区域；步骤2)：采用差分运动颗粒粒径仪测量粒径＜1mm的颗粒，获得颗粒粒径与体积分布的统计规律；采用游标卡尺测量粒径≥1mm的颗粒，并结合燃烧试验的视频观测得到颗粒数与颗粒粒径的统计规律；步骤3)：间隙中颗粒带电量计算方法如公式1，式中qk为颗粒的带电量，ε0为真空介电常数，εr为颗粒物的相对介电常数，dk为颗粒直径，E为颗粒所在处的电场值；qk=3ϵrϵr+2πϵ0dk2E---(1)]]>步骤4)：气固两相体中的温度分布和流体运动计算方法如下，根据颗粒对空气流体的作用，气体密度ρq、运动粘度μ需乘以修正系数α，利用公式2计算，式中k为颗粒序号，Vk为第k个颗粒的体积，ΔV为单位体积，N为单位体积内的颗粒数；建立包括火焰体区域、气固两相体区域、地电极和导线电极的三维模型，气固两相体区域用修正了流体密度、运动粘度参数的流体区域模拟，火焰体区域为热源，根据植被燃烧热生成率设置发热功率，利用有限体积法求解瞬态温度分布和流体流速；α=1-Σk=1NVk/ΔV---(2)]]>步骤5)：颗粒受力和运动计算方法如下，火焰间隙中的颗粒主要受电场力、流体曳力和重力作用，颗粒运动可按公式3计算，式中vk是颗粒速度矢量，mk是颗粒质量，FY是流体曳力，FE是颗粒所受电场力，Fg是颗粒重力，ρk是颗粒密度，Cc是Cunningham修正系数，vq是气体速度，g是重力加速度，Cc根据公式4计算得到，式中λ为分子自由程，e为自然对数的底数；dvk→dtmk=FY→+FE→+Fg→FY→=18μdkρkCc(vq→-vk→)FE→=qkE→Fg→=mkg→---(3)]]>Cc=1+2λdk(1.257+0.4e-1.1dk/2λ)---(4)]]>步骤6)：合成电场计算方法如下，建立包括火焰体区域、气固两相体区域、地电极和导线电极的三维模型，在导线电极上施加电压值，气固两相体区域中设置颗粒物及其荷电量，颗粒物的荷电量由公式1计算得到，火焰体区域根据测量结果设置电导率σ，地电极和边界都设置为0电位，利用有限元法求解空间合成电场值；步骤7)：设置初始的颗粒分布，通过步骤3～步骤6步中的计算方法进行温度‑流体‑颗粒运动‑电场的多场耦合计算，通过多次迭代计算，当两次电场计算的误差小于设置的目标误差值η％时，结束迭代计算，得到最终的空间合成电场。