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有限体积法在大电流融化导线覆冰问题中的应用研究

作　者: 韩莎
导　师: 李琳
学　校: 华北电力大学
专　业: 电力系统及其自动化
关键词: 融冰相变传热有限体积法网格生成技术拉普拉斯方程
分类号: TM75
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 25次
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内容摘要

冰灾对电网造成的损害是巨大的,冰灾使电力系统蒙受了重大的损失。对覆冰线路进行融冰是电网应对冰冻灾害最直接、最有效、最安全、最经济的重要手段之一。本文针对通入大电流的覆冰导线融冰过程进行研究,首先研究了覆冰导线融冰过程中涉及到的能量平衡方程,假设融冰过程中的水全部流走,忽略了此过程中的自然对流的影响,简化能量平衡方程为单一的相变传热过程。研究了有限体积法的基本原理和数值离散格式,建立了覆冰导线融冰过程的一维模型,用有限体积法计算比较了在此过程中通入电流的大小和环境温度对融冰时间的影响。忽略了重力的影响,建立了覆冰导线融冰过程的二维模型。对于不规则的二维计算区域,研究了网格生成技术,利用适体坐标法将不规则的物理平面转换为规则的计算平面,此过程采用了拉普拉斯方程作为转换方程,并研究了在此转换过程中边界条件的转换。采用有限体积法对二维的能量平衡方程进行离散,借助微分方程对离散方程和边界条件做变换,然后采用多次迭代的TDMA算法对转换后的方程进行求解。编制了计算软件,对比分析了不同的通电电流,不同的环境温度对融冰时间的影响,以及此过程中冰面上的冰面温度分布情况。

全文目录

摘要  5-6
ABSTRACT  6-7
目录  7-9
第1章绪论  9-14
  1.1 课题背景及研究的目的和意义  9-10
  1.2 国内外研究现状  10-13
    1.2.1 导线覆冰问题的发展  10-11
    1.2.2 防冰除冰技术研究  11-12
    1.2.3 有限体积法的发展  12-13
  1.3 本文研究内容  13-14
第2章融冰过程中的传热分析  14-24
  2.1 融冰过程中的固液相变传热  14
  2.2 融冰界面能量平衡方程  14-15
  2.3 传热问题中的数值方法  15-19
    2.3.1 有限体积法简介  17-18
    2.3.2 有限体积法的优点  18-19
  2.4 非稳态热传导方程在结构化网格中的离散  19-21
    2.4.1 一维非稳态热传导问题  19-20
    2.4.2 二维有限体积法的离散  20-21
  2.5 THOMAS 算法简介  21-23
    2.5.1 一维情况下的TDMA  21-22
    2.5.2 TDMA 算法在二维问题中的应用  22-23
  2.6 本章小结  23-24
第3章曲线网格的生成技术  24-30
  3.1 曲线网格生成技术及方法  24-26
  3.2 BFC 的基本概念  26-28
  3.3 二维情况下控制方程的转换  28
  3.4 边界条件的设定  28-29
  3.5 本章小结  29-30
第4章通电导线融冰过程的数值模拟  30-46
  4.1 通电覆冰导线模型的分析  30-31
  4.2 一维模型的建立与分析  31-35
    4.2.1 模型的建立  31-32
    4.2.2 边界条件的处理  32-35
  4.3 二维模型的建立与分析  35-45
    4.3.1 通电时间对融冰过程的影响  38-40
    4.3.2 通电电流对融冰过程的影响  40-45
  4.4 本章小结  45-46
第5章结论及展望  46-48
参考文献  48-50
在学期间发表的学术论文和参加科研情况  50-51
致谢  51-52
论文摘要  52-67

有限体积法在大电流融化导线覆冰问题中的应用研究

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