多时间步长时域有限差分法

本文提出的多时间步长有限差分 (MTS FDTD)法针对不同网格尺寸区域采用不同时间步 ,从而减少了计算时间 .应用例子表明 ,MTS FDTD法比ETS FDTD法计算时间减少了 4 2 %以上 .

多时间步长时域有限差分法分析微波电路

提出在非均匀网格空间的粗网格区域采用大时间步长,细网格区域采用小时间步长的多时间步长时域有限差分(MTS -FDTD)法,并对其稳定性条件进行了分析。该方法通过应用多个时间步长替代传统非均匀时域有限差分(NU- FDTD)法的单一时间步长的算法来提高计算速度。通过应用MTS- FDTD方法模拟自由空间中给定激励下某点的场和微带低通滤波电路。数值结果表明,与传统NU- FDTD法相比,MTS- FDTD法在保持同等计算精度的条件下计算速度提高了46%以上。

考虑边界稳定的结构振动显式多时间步长计算方法

多时间步长方法常用于求解有限元动力学空间多尺度问题,可分为单元重叠与非重叠两种形式。单元非重叠形式的多时间步长方法涉及边界数据的插值过程,造成计算不稳定、精度不高。为了提高多时间步长方法计算稳定性与求解精度,基于节点分割与重叠边界单元,提出一种改进的多时间步长计算方法。结合显式积分格式数据传递规律与重叠单元,分区边界数据由动力学方程显式求出,算法实施过程简单。采用能量方法分析了算法的稳定性能,给出了算法一般性稳定条件。稳定性分析结果表明改进方法的稳定性只由分区内部单元特性决定,重叠单元不影响算法的稳定性能,这扩展了改进方法的适用范围。数值算例结果表明该算法具有较高的计算精度,能量校验进一步证实了算法的稳定性能。

风力机叶片翼型的结冰数值模拟研究

研究了风力机叶片翼型的结冰数值模拟方法,及翼型结冰后对其气动性能的影响。求解雷诺平均N-S方程,引入k-ωSST湍流模型封闭方程,获得风力机叶片流场;采用拉格朗日法计算风力机叶片翼型周围的水滴运动轨迹,同时考虑了多尺寸水滴分布的影响,获得翼型表面的局部水收集系数分布;根据质量守恒和能量守恒原理,计算翼型表面的各项热流,获得翼型表面的结冰速率和结冰冰形;考虑到翼型结冰是时间的动态函数,采用多时间步长法完成结冰数值模拟。计算了风力机叶片翼型在不同环境条件和气象条件下的结冰冰形,同时模拟了风力机翼型结冰后周围流场的变化,并与干净翼型的气动特性进行了对比。结果表明,环境温度较高时形成的明冰对翼型气动性能的影响较大,结冰导致翼型升力下降,升阻比减小,最大减小幅度达到61%,同时结冰后的翼型会提前进入失速区,导致桨叶气动性能恶化。

风电机组精细化建模及硬件在环实时联合仿真

介绍了风电机组模型的完整构成,阐明了各组成部分之间的复杂耦合关系,由此提出风电机组各个部分进行精细化建模所需考虑的因素,并指出现有简化模型忽略的因素及不足。在此基础上,设计了满足精细化要求的基于RTDS与Bladed的实时风电机组联合仿真平台。其中,Bladed的实时性由硬件测试模块保证,将风模型、气动模型、机械部分模型、变桨系统模型和偏航系统模型建立在Bladed中,将风电机组电气部分模型和控制系统模型建立在RTDS中,以发电机转子运动学方程作为机电耦合快、慢时间尺度之间的接口,并借助于PLC实现Bladed和RTDS之间的通信。在此基础上,按照实际机组控制系统架构构建了主控制器和变流器控制器硬件在环的联合仿真,最后通过多组硬件在环仿真充分展现了实时联合仿真平台的独特性能。

FPGA-Based Real-Time Simulation of Modular Multilevel Converter HVDC Systems

AC-HVDC-AC energy conversion systems using MMC （modular multilevel converters） are becoming popular to integrate distributed energy systems to the main grid. Such multilevel converters pose a serious problems for HIL （hardware in the loop） simulators required for control, protection design and testing due to the large number of cells that must be simulated individually using very small time steps. This paper demonstrates the advantages of using a very small time step to simulate a MMC topology. The MMC is implemented on FPGA （fiel-programmable gate array） to simulate fast transient with a time step of 250 ns. The AC network and HVDC bus is simulated on the PC, with a slower time step of 10 μs to 20 μs. The simulator architecture and the components simulated on the FPGA and on the PC will be discussed, as well as the method allowing the interconnection of this slow and fast system.

不同来流条件对机翼结冰及气动特性影响研究

针对三维机翼结冰问题,基于Navier-Stoke控制方程,采用多时间步长的计算方法,通过求解气液两相流的Eluer法得到空气中水滴的轨迹,再根据Messinger模型计算结冰冰形来实现对机翼结冰的数值模拟。首先以三维NACA0012机翼为研究对象,进行结冰数值模拟方法验证,随后计算不同迎角和不同来流速度对三维ONERA M6机翼结冰冰形的影响,最后分析了机翼结冰对气动特性的影响规律。结果表明,结冰后机翼的阻力系数增大,升阻比减小;来流速度对机翼前缘的结冰类型影响较大,当机翼前缘的结冰类型由霜冰变为混合冰时,将使机翼的气动特性恶化。