[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

摘要

本发明公开了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，首先是建立输入参数表和输出参数表；再进行几何建模和网格划分；之后将网格划分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，结果存储到输出参数表中。本发明还公开了一种户内变电站主变室流场温度场数值模拟快速计算系统，包括了参数化外观建模模块、智能网格生成模块、湍流方程快速求解模块、温度场快速求解模块、速度场快速求解模块、输入输出模块和用户输入模块。本发明实现了户内变电站主变室流场温度场数值的快速计算，使得建模和网格划分过程变得快速、准确，且占用的内存大大的减小，以方便实际工程应用。

主权项

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，其特征在于，具体步骤如下：1)根据参数化外观建模算法、智能网格划分算法、速度场快速求解算法、温度场快速求解算法建立输入参数表和输出参数表；2)根据参数化外观建模算法以及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，将流场的计算结果存储到输出参数表中；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存储用于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、尺寸及方向信息，风扇的位置、尺寸及方向信息，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快速求解算法；所述的密度简化法采用的是Boussinesq近似，即将密度看作常数，流场的物性参数也看作常数，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；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：∫cvu*-unΔtdV=-12(∫cs3unVndS-∫csun-1Vn-1dS)+12(∫csvt▿u*dS+∫csvt▿undS)+∫cs[-gβ(Tn-T0)]dV]]>其中u*为中间步*的速度项，un为当前时间步n的速度项，un‑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，Vn‑1为上一个时间步的V，而Vn+1为下一个时间步长的V，vt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；所述的湍流方程快速求解算法采用的公式为：vT＝0.03874VL，其中u1为流场中任意一点x沿X轴的速度，u2为点x沿Y轴的速度，u3为点x沿Z轴的速度，L为长度尺度，取值为点x与壁面之间的最短距离；所述的温度场快速求解算法的主要公式为：T*-TnΔt=-uj∂Tn∂xjTn+1-T*Δt=(k+vTPrT)∂2Tn+1∂xj2+ST;]]>其中k为传热系数，T*为中间时间步的温度项，Tn为当前时间步的温度项,Tn‑1为上一个时间步的温度项，ST为源项，Vn+1为下一个时间步长的V。