[发明专利]基于瞬态上流元的油纸绝缘内部空间电荷输运仿真方法

权利要求书

1.一种基于瞬态上流元的油纸绝缘内部空间电荷输运仿真方法，其特征是，包括以下步骤：

步骤1、基于油纸绝缘模型，进行参数化几何建模，对模型进行剖分，提取出各个网格和节点信息；正极板施加零电位，负极板施加-10kV；

边界条件定义如下：

初始条件为：

ρ_μ(x,t＝0)＝0

ρ_t(x,t＝0)＝0 (20)

式中，ρ_μ为自由电子、自由空穴的电荷浓度；ρ_t为受陷电子、受陷空穴的电荷浓度，并且定义：

ρ＝ρ_hμ+ρ_ht-ρ_eμ-ρ_et (13)

其中式(1)为泊松方程，ε为介电常数，单位为F/m；ρ为空间电荷密度，单位为C/m³，为电位，单位为V；式(9)、式(10)为瞬态上流元法电荷更新公式，其中，t_n,t_n+1分别为相邻的两个时间步，Δt为相邻两时间步长，ρ_i为节点i处的电荷密度，为三角形单元内电荷密度关于坐标的偏导数，为矢量；式(11)、式(12)为肖特基发射效应公式，J_e(t)是在阴极的电子的通量，J_h(t)是在阳极的空穴的通量，T是开氏温度，单位为K，A为richardson常数，计算中取120A/(cm²·k²)，ω_ei和ω_hi分别为电子和空穴的注入势垒，k是普朗克常数，E_c(t)和E_a(t)分别为阴极和阳极表面的电场强度；式(13)为静电荷密度计算公式，eμ,et,hμ,ht分别代表自由电子、受陷电子、自由空穴和受陷空穴；

步骤2、根据初始条件与边界条件，基于式(1)的泊松方程，得到初始空间电场分布情况；

步骤3、包括获取电极表面电荷密度以及下一时刻空间电荷密度的获取，具体包括：

步骤3.1、将阴极和阳极表面电场强度带入肖特基发射效应公式，即式(11)和式(12)，得到电极表面电荷密度，并作为边界条件；

步骤3.2、根据油纸绝缘内部参数，以及空间电荷密度，基于式(9)、式(10)利用瞬态上流元法，并结合式(13)进行计算，得到下一时刻空间电荷密度；

步骤4、将步骤3.2计算出的空间电荷密度带入泊松方程，即式(1)计算出该时刻空间电场强度；

步骤5、判断是否达到稳定；判据为：

|E_t(n)-E_t(n-1)|/E_t(n-1)＝δ_E＜1％ (21)

|ρ_t(n)-ρ_t(n-1)|/|ρ_t(n-1)|＝δ_ρ＜1％ (22)

其中E_t(n)为 当前空间电场强度，E_t(n-1)为上一秒空间电场强度；ρ_t(n)为当前空间电荷密度，ρ_t(n-1)为上一秒空间电荷密度；

步骤6、若未达到稳定，则将电极表面与空间电场强度带入步骤3，进行迭代计算，直到达到稳定，本次计算结束，得出计算结果。