(19)国家知识产权局 (12)发明 专利 (10)授权公告 号 (45)授权公告日 (21)申请 号 202111275525.2 (22)申请日 2021.10.2 9 (65)同一申请的已公布的文献号 申请公布号 CN 113962169 A (43)申请公布日 2022.01.21 (73)专利权人 国网上海市电力公司 地址 200122 上海市浦东 新区自由贸易试 验区源深路1 122号 专利权人 华东电力试验研究院有限公司 　 西安交通大 学 (72)发明人 司文荣　朱炯　姚维强　关宏　 傅晨钊　胡海敏　倪鹤立　胡正勇　 杨剑　(74)专利代理 机构 上海科盛知识产权代理有限 公司 312 25 专利代理师 应小波 (51)Int.Cl. G06F 30/28(2020.01) G06F 111/10(2020.01) G06F 113/08(2020.01) G06F 119/08(2020.01) G06F 119/14(2020.01) 审查员 高宇峰 (54)发明名称 考虑背景流体影 响下的GIS击穿放电超声波 数值模拟方法 (57)摘要 本发明涉及一种考虑 背景流体影 响下的GIS 击穿放电超声波数值模拟方法， 该方法包括： 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； 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： 获得背 景流体影 响下的声压瞬时分布结果。 与现有技术 相比， 本发明具有提高GIS内击穿放电超声波模 拟的精度等优点。 权利要求书2页 说明书4页 附图3页 CN 113962169 B 2022.10.11 CN 113962169 B 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； U0 y表示声场网格下流速U0对 y的偏导； wit hsol('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； V0 y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权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 113962169 B 2x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； fp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。 7.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5中， 声场网格下求解SF6气体密度、 压力和流速随空间变化的 线性欧拉方程之前， 需要在模型中设置击穿放电点位置以及击穿放电超声源信号， 并设置 声场求解时间步长 。 8.根据权利要求7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， 根据GIS内造成击穿 放电缺陷种类和原因的不同， 设置不同的信号源。 9.根据权利要求8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， 所述的不同的信号源 包括信号 位置的不同、 频率的不同和幅值的不同。 10.一种计算机可读存储介质， 其上存储有计算机程序， 其特征在于， 所述程序被处理 器执行时实现如权利要求1～ 9中任一项所述的方法。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 113962169 B 3