[发明专利]考虑背景流体影响下的GIS击穿放电超声波数值模拟方法

权利要求书

1.一种考虑背景流体影响下的GIS击穿放电超声波数值模拟方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：

步骤1：根据已有的GIS实物模型建立其相对应的数值物理模型，考虑实际工况中存在的多物理场影响因素，将SF6气体物性参数设置为随温度或压力变化的函数，确保电-磁-热-流多物理场耦合计算结果的精度；

步骤2：进行电-磁-热-流多物理场耦合仿真计算，获得稳态时GIS内SF6气体的温度分布结果、压力分布结果和流速分布结果；

步骤3：通过弱形式的偏微分方程，将CFD计算网格下的温度、压力和流速分布结果映射至声场网格；

步骤4：根据参数设置时SF6气体的密度随温度和压力变化的函数，最终获得SF6气体密度、压力和流速随空间变化的线性欧拉方程；

步骤5：通过在声场网格中求解气体密度、压力和流速随空间变化的线性欧拉方程获得背景流体影响下的声压瞬时分布结果。

2.根据权利要求1所述的一种考虑背景流体影响下的GIS击穿放电超声波数值模拟方法，其特征在于，所述的步骤1中的考虑实际工况中存在的多物理场影响因素，具体包括：实际工况中存在由交流电引起的电磁感应，电流集中于导体与壳体表面的集肤效应，SF6气体在重力和温差作用下的自然对流，导体与壳体之间存在的辐射换热。

3.根据权利要求1所述的一种考虑背景流体影响下的GIS击穿放电超声波数值模拟方法，其特征在于，所述的步骤1中的需要设置多场耦合的物理场，并对网格进行严格的考核，确保电-磁-热-流多物理场耦合计算结果的精度。

4.根据权利要求1所述的一种考虑背景流体影响下的GIS击穿放电超声波数值模拟方法，其特征在于，所述的步骤1中的SF6气体物性参数包括密度和定压热容。

5.根据权利要求1所述的一种考虑背景流体影响下的GIS击穿放电超声波数值模拟方法，其特征在于，所述的步骤3中，将研究n的电-磁-热-流多物理场耦合计算的结果映射至声场网格的弱表达式为：

其中P0表示压强，U0和V0分别表示声场网格下流速在X方向和Y方向上的分量，T0表示声场网格下的温度，withsol('soln',spf.pA[1/Pa]表示调用研究n的解的流场压力；'soln'表示研究n的解；spf.pA[1/Pa]表示流场压力；test(P0)表示P0的试函数；Δ表示扩散量参数；h表示网格尺寸；P0x表示压力P0对x的偏导；P0y表示压力P0对y的偏导；withsol('soln',u[s/m])表示调用研究n的解的X方向流速；u[s/m]表示流场网格下X方向流速；test(U0)表示U0的试函数；U0x表示声场网格下流速U0对x的偏导；U0y表示声场网格下流速U0对y的偏导；withsol('soln',v[s/m])表示调用研究n的解的Y方向流速；v[s/m]表示流场网格下Y方向流速；test(V0)表示V0的试函数；V0x表示声场网格下流速V0对x的偏导；V0y表示声场网格下流速V0对y的偏导；withsol('soln',spf.T[1/K])表示调用研究n的解的温度；spf.T[1/K]表示流场网格下的温度；test(T0)表示T0的试函数；T0x表示声场网格下温度对x的偏导；T0y表示声场网格下温度对y的偏导。

6.根据权利要求1所述的一种考虑背景流体影响下的GIS击穿放电超声波数值模拟方法，其特征在于，所述的步骤4中，用于在声场网格下求解的SF6气体密度、压力和流速随空间变化的线性欧拉方程具体为：

其中，ρ为声波扰动下的SF6气体密度，Kg/m³；为网格映射后的背景流体速度矢量，m/s；ρ₀为网格映射后的背景流体密度，Kg/m³；f_p表示与域质量源和域压力源相关的源项；超声传播的速度矢量，m/s；表示与域速度源和域力源相关的源项；p为声压，Pa；c₀为超声波在SF6介质中的传播速度，m/s。