基于分步有限元法的110kV变压器振动与噪声研究

为解决现有的变压器振动噪声仿真方法存在计算量过大、难以求解、对工程实际的参考价值较小的问题,文中提出一种基于Comsol Multiphysics有限元仿真软件的变压器振动噪声分步有限元仿真方法。首先,考虑硅钢片各向异性修正铁心材料参数,计算铁心在磁致伸缩效应影响下的形变仿真结果;其次,根据实际形态及彼此配合关系,考虑辐向油道,构建绕组、油箱、铁心和垫块的二维模型,获得绕组的振动仿真结果;最后,构建变压器整体三维模型,将铁心在磁致伸缩效应影响下的形变仿真结果以及绕组振动的形变结果引入声场仿真中,并将铁心、绕组的振动仿真结果作为边界条件,计算变压器本体振动噪声。该方法实现绕组微观结构与宏观结构之间的协同仿真,并在空、负载工况下均能同时考虑铁心及绕组振动的影响,仿真结果与试验结果对比,空载噪声A计权声压级误差小于5%,满足工程实际要求,负载噪声仿真结果与理论计算结果对比,误差小于8%,验证仿真方法的正确性。

用分步有限元法计算光波导中短脉冲的传播

本文提出了一种分步有限元法（ＳＳＦＥＭ），该方法可用于在时域内计算光脉冲在光波导内的传播。它同目前所用的差分方法相比，避免了累积误差，计算精度较高。文中还对几个例子作了计算。

带自由液面Navier-Stokes流动问题的ALE分步有限元方法

将任意的拉格朗日 欧拉 (ArbitraryLagrange Euler,简称ALE)描述引入到Navier Stokes方程中 ,以速度和压力为基本变量 ,在时间域上采用分步求解格式 ,利用Galerkin加权余量法推导了分步格式的ALE有限元数值离散方程。并对带有自由液面的Navier Stokes流动问题的定解条件进行了分析讨论。最后利用所得到的ALE分步有限元方法对二维及三维不可压粘性液体大幅晃动问题进行了算例数值模拟 。

基于Taylor展开的分步有限元格式

描述了一种基于Taylor展开的分步有限元数值格式 ,该法在时间上进行分步计算 ,在空间上采用标准的Galerkin有限元格式 .对该数值格式的稳定性分析表明 ,该法在时间和空间上均具有三阶精度 ,数值稳定性好 ,在库朗数 0～ 1的范围内均收敛 .相比于Taylor Galerkin法 ,本有限元法不包含高阶微分项 ,适用于非线性多维问题及具有复杂边界形状的流动 .该法具有计算简便、精度高、数值稳定性好等优点 .

求解不可压缩流动的分步有限元格式

提出求解不可压缩 Navier- Stokes方程的分步有限元格式 ,该格式没有高阶微分项产生、程序编制简单 ,适用于非线性的多维复杂流动。应用该方法实际模拟了二维圆柱绕流的旋涡形成与脱落过程 ,得出了不同 Re情况下圆柱绕流的流速分布。计算得到的不同 Re下的旋涡脱落频率(Strouhal数 )

长江三峡库区污染混合区的有限元模拟

为进一步弄清长江三峡水库修建对库区水质的影响 ,确定库区的环境容量 ,需要针对库区主要城市排污口及重要支流汇流口附近污染混合区进行计算。建立了求解浅水流动及其污染物输移扩散的分步有限元格式。采用 k- ε紊流模型确定紊动应力和污染物质扩散系数。对长江和嘉陵江汇流口附近的流场和浓度场进行了模拟。利用实测资料对模型进行了率定和验证。选取了桃花溪和李家沱两个典型排污口 ,对建库前后的污染混合区范围进行了预测 ,分析了建库前后污染混合区的变化。计算结果表明 :建库后污染混合区的面积有较大增加 ,需要采取必要的措施来控制水体污染 。

刚性容器内流体非线性大幅晃动的数值模拟

取与容器固结的坐标系,将外激励视为质量力,针对刚性容器内流体非线性大幅晃动问题,提出了在时间和空间上均具有二阶精度的两步Taylor-Galerkin分步有限元方法.该方法首先显式地求解忽略压力梯度项的中间速度场,然后通过压力泊松方程求得压力场,最后根据求得的压力对速度场进行修正.求解中利用Level Set方法隐式地追踪自由面,即在每个时间步求解Level-Set函数随水流的输运方程,并通过迭代方法对其重新进行初始化处理,使其保持为距离的函数,从而达到捕捉自由面的目的.控制方程统一采用简便且具有较高精度的两步Taylor-Galerkin格式进行离散.算例验证结果表明,该数值方法是正确和有效的.