[发明专利]一种不同介质不均匀电场分布的通用可视数值计算方法

说明书

本发明公开了一种不同介质不均匀电场分布的通用可视数值计算方法，包括以下步骤：步骤一，分别基于二维和三维柱坐标系建立不均匀电场的通用可视数值计算模型；步骤二，分别分析二维、三维计算模型完整的边界条件；步骤三，分别采用数值方法计算二维、三维计算模型并输出计算结果；步骤四，将二维、三维计算模型的计算结果进行对比分析，证实试验难以测量的电场分布的正确性。本发明独立地采用有限差分法与有限元法，分别建立不均匀电场的通用可视数值计算模型，并就相同对象进行分析，最后进行计算结果的对比分析，以此证实试验难以测量的电场分布的正确性。

技术领域

本发明属于电磁技术领域，涉及到不均匀电场，具体涉及一种不同介质不均匀电场分布的通用可视数值计算方法。

背景技术

不同介质相互接触是电磁场工程实践中最为常见的现象。求解不同介质间的相互物理作用过程，例如电流收缩问题、热量交换问题等等都离不开要对不同介质电场分布进行基础性的研究分析。

大量工程场合均涉及到该类问题，例如变电站电场建模就涉及到导线、绝缘子及均压环等不同对象，其本质即为不同介质的电场分布计算。现有技术中，处理该类问题的方法，均集中在单一地采用自编程或是商用软件。局限于无法检测研究对象内部的电场分布，尤其是不同介质的接触处的电场分布，研究人员通常只是通过检测研究对象外端的电场来判断电场模型的正确与否，而对于内部分布则无从下手；另一方面，在1000kV等特高压场合，电场检测极为不便，且具有危险性。

发明内容

针对现有技术中存在的上述问题，本发明提供了一种不同介质不均匀电场分布的通用可视数值计算方法，独立地采用有限差分法与有限元法，分别建立不均匀电场的通用可视数值计算模型，并就相同对象进行分析，最后进行计算结果的对比分析，以此证实试验难以测量的电场分布的正确性。

为此，本发明采用了以下技术方案：

一种不同介质不均匀电场分布的通用可视数值计算方法，包括以下步骤：

步骤一，分别基于二维和三维柱坐标系建立不均匀电场的通用可视数值计算模型；

步骤二，分别分析二维、三维计算模型完整的边界条件；

步骤三，分别采用数值方法计算二维、三维计算模型并输出计算结果；

步骤四，将二维、三维计算模型的计算结果进行对比分析，证实试验难以测量的电场分布的正确性。

优选地，步骤一中柱坐标系下不同电导率的不均匀电场的二维计算模型如下：模型主要由电导率为γ₁与电导率为γ₂的两部分组成，其中第一部分的厚度为l₁，半径为r₁；第二部分的厚度为l₂，半径为r₂；柱坐标系下的二维电场内部节点满足如下拉普拉斯方程：

其中：表示电位；r表示半径方向，即i方向；z表示纵轴方向，即j方向。

优选地，步骤二中二维计算模型完整的边界条件如下：

二维计算模型中第一部分的边界包括线段c、e、f，第二部分的边界包括线段a、b、d、g；各条线段的边界连续方程分别如下：

线段a：

线段b、c：

线段d：

线段e：E_1i＝E_2i；

线段f：

线段g：

节点边界的连续方程分别为相交两条线段边界连续方程的综合。