基于ansys apdl與ansys cfx的鋼芯鋁絞線徑向溫度仿真方法
【專利摘要】本發明公開了一種基于ANSYS APDL與ANSYS CFX的鋼芯鋁絞線徑向溫度仿真方法，包括下列步驟：S1、ANSYS APDL有限元模型構建，通過單元選擇、材料設定、網格劃分、載荷與邊界條件的施加，計算得到電流密度隨r(m)變化的函數J(r)；S2、ANSYS CFX有限元模型構建，通過材料設定、求解域設置、網格劃分、載荷施加、邊界條件施加，計算得到導線內的溫度最高點的溫度K3與溫度最低點的溫度K2；S3、ANSYS APDL有限元模型與ANSYS CFX有限元模型循環迭代，得到鋼芯鋁絞線的溫度場分布。該仿真方法能在物理過程上更接近導線的實際發熱與散熱過程，獲得更精確的鋼芯鋁絞線徑向溫度場分布。
【專利說明】
基于ANSYS APDL與ANSYS CFX的鋼芯鋁絞線徑向溫度仿真方 法
技術領域
[0001] 本發明涉及鋼芯鋁絞線徑向溫度仿真的技術領域，特別涉及一種基于ANSYS APDL 與ANSYS CFX的鋼芯鋁絞線徑向溫度仿真方法。
【背景技術】
[0002] 隨著經濟的快速發展，用電量也快速增長，促進了電網的建設。然而，在現在的情 況下，輸電走廊仍在一定程度上限制了電網的建設與發展。建設新的輸電走廊需要耗費大 量的資金與時間，在短期之內并不會對輸電走廊的短缺起到緩解作用。因而，如何充分利用 現有的線路的輸電能力就成為了一個有實際意義的問題。
[0003] 目前，輸電線增容的主流技術包括靜態增容技術，即在環境參數按照設計標準，提 高導線溫度運行，另一種是動態增容技術，即根據實時監測的環境參數計算當前條件下的 載流量。無論是動態增容還是靜態增容，導線的運行溫度較高，此時弧垂勢必要增加。目前 《電力工程高壓送電線路設計手冊》規定弧垂定位溫度是40°C或者覆冰無風條件，當導線溫 度達到70°C或者更高溫度后，如果對地距離或者交叉跨越距離很可能不滿足規程規定，容 易造成對地放電、樹竹放電或者線路跳閘等危害。
[0004] 導線增容主要受金具發熱、導線的機械強度變化和弧垂增大的限制。一般關于張 力-溫度模型，是帶入表面溫度求解，在高溫段時，弧垂計算誤差偏大。D. A. Douglass等人對 導線徑向熱場分布的研究表明：由于各層單導線空氣間隙的存在，架空導線其鋼芯與最外 層鋁絞線存在溫度梯度。對導線徑向應力分布隨時間的變化進行了研究，隨著溫度升高，導 線的應力向鋼芯處轉移。對于鋼芯鋁絞線通常在40°C到110°C的時候，單根導體會變得松 弛，在某個溫度時，架空線的拉力全部由鋼芯承擔。在這種狀態下，僅以表面溫度為依據計 算弧垂會造成誤差。因而有必要對于導線的徑向溫度場進行研究。
[0005] 在以往的研究中，在使用數值法對鋼芯鋁絞線的溫度分布進行仿真的時候，對于 鋼芯鋁絞線的溫度的計算傾向于將導線看作一個實心的圓柱體，僅在計算交流電阻的時候 考慮集膚效應，將生熱率均勻施加到鋼芯與鋁層，再通過摩爾根公式計算出表面對流換熱 系數后施加邊界條件。這種方法計算得到的徑向溫度分布，并未考慮到導線間空氣隙的存 在對于導線徑向傳熱的影響以及集膚效應對于導線發熱源分布的影響，因而最后結果與實 驗所得到的結果之間有著較大的差距，不利于對于三維弧垂模型的建立。
【發明內容】
[0006] 本發明的目的在于克服現有技術的缺點與不足，結合LGJ300/40型導線的徑向溫 度的仿真，提供一種同時使用ANSYS APDL與ANSYS CFX的考慮集膚效應與導線內部空隙的 鋼芯鋁絞線的徑向溫度分布仿真方法。
[0007] 本發明的目的通過下述技術方案實現：
[0008] 一種基于ANSYS APDL與ANSYS CFX的鋼芯鋁絞線徑向溫度仿真方法，包括下列步 驟：
[0009] S1、ANSYS APDL有限元模型構建，該步驟具體為；
[0010] S101、ANSYS APDL有限元模型中進行單元選擇與材料設定；
[0011] S102、ANSYS APDL有限元模型中進行網格劃分；
[0012] S103、ANSYS APDL有限元模型中進行載荷與邊界條件的施加；
[0013] S104、計算得到電流密度隨r(m)變化的函數J(r)。
[0014] S2、ANSYS CFX有限元模型構建，該步驟具體為；
[0015] S201、ANSYS CFX有限元模型中進行材料設定和求解域設置；
[0016] S202、ANSYS CFX有限元模型中進行網格劃分；
[0017] S203、ANSYS CFX有限元模型進行載荷施加；
[0018] S204、ANSYS CFX有限元模型進行邊界條件施加；
[0019] S205、計算導線內的溫度最高點的溫度K3與溫度最低點的溫度K2;
[0020] S3、ANSYS APDL有限元模型與ANSYS CFX有限元模型循環迭代，得到鋼芯鋁絞線的 溫度場分布。
[0021 ] 進一步地，所述步驟S101具體為：
[0022] 在指定單元時，鋼芯與鋁芯使用包含VOLT與AZ自由度的PLANE53單元，空氣使用包 含AZ自由度的PLANE53單元;在指定材料時，材料的特性為指定溫度K1時的特性，其中K1為 環境溫度。
[0023] S102、ANSYS APDL有限元模型中進行網格劃分；
[0024]在網格劃分的時候，由于內部空氣形狀復雜，ANSYS APDL的網格劃分無法自動實 現，本方法采用圓的正48邊形來替代圓，方便了ANSYS APDL中網格的劃分，對于最后結果的 所造成的誤差在可允許范圍內。
[0025] 進一步地，所述步驟S103具體為：
[0026]在選中所有的鋼芯與鋁芯的節點后耦合其VOLT自由度，將總電流I的峰值1.4141 作為電流載荷的數值大小施加在耦合后的任意一個節點上，對于空氣層的外邊緣施加AZ = 0的邊界條件，設定頻率為50Hz后使用諧態仿真，得到考慮集膚效應后導線的生熱率分布Q。
[0027] 進一步地，所述步驟S104具體為：
[0028] 選取任意一條經過中心的直線，記錄直線所經過的網格的生熱率與r坐標，根據
[0030]其中p( Q ? m)為電阻率，得到電流密度與徑向坐標r之間的關系，使用指數函數擬 合這些離散的點得到J(r) (A/m2)。
[0031 ] 進一步地，所述步驟S201具體為：
[0032] 設定材料時，鋼芯、鋁芯與空氣使用ANSYS CFX模型材料庫中對應材料，設置求解 域時對于處于距中心指定距離以內的空氣、鋼芯、鋁芯作為固體域求解，剩余空氣當作流體 域求解。
[0033] 進一步地，所述步驟S202具體為：
[0034]劃分網格時，使用ICEM (FD中的Blocking模式將幾何模型劃分為Z向只有一層的 網格并導入CFX-Pre中。
[0035] 進一步地，所述步驟S203具體為：
[0036] 施加生熱率載荷時，在鋼芯所在的網格中建立子域，通過CEL語言施加生熱率為
[0037] Q(r)i = J(r)2PFe(l+arFe(T-293.15))
[0038] 其中QaMW/m3)為鋼芯生熱率，J(r)(A/m2)為步驟S104中得到的電流密度隨r(m) 變化的函數，PFe( Q ? m)為293.15K時鐵的電阻率，arFe( Q ? m/K)為鐵的電阻溫度系數，T(K) 為該網格溫度，在迭代時由求解器實時給出；
[0039] 在鋁芯所在的網格中建立子域，通過CEL語言施加生熱率為
[0040] Q(r)2 = J(r)2PAi( l+arAi(T-293.15))
[0041] 其中Q(r)2(W/m3)為鋁芯生熱率，J(r)(A/m2)為電流密度隨r(m)變化的函數，pai (Q ? m)為293.15K時鋁的電阻率，arA1( Q ? m/K)為鋁的電阻溫度系數，T(K)為該網格溫度， 在迭代時由求解器實時給出。
[0042] 進一步地，所述步驟S204具體為：
[0043] 施加邊界條件時，空氣外邊緣施加開放邊界條件，鋁芯暴露于外面的部分在流固 交界面的基礎上通過CEL語言施加附加熱流密度：
[0044] q - -acr(F4 -
[0045] 其中e為發射率，〇 = l.3806488(13) X10~-23(J/K)為玻爾茲曼常數，Tcmt(K)為環 境溫度，T(K)為表面溫度，在迭代時由求解器實時給出，其余邊界施加默認的流固交界面或 者固固交界面。
[0046] 進一步地，所述步驟S205具體為：
[0047] 將上述ANSYS CFX有限元模型保存為def格式文件后導入CFX Solver軟件內進行 計算，得到記錄溫度場的分布結果的res文件，通過CFX Post軟件進行后處理找到導線內的 溫度最高點的溫度K3與溫度最低點的溫度K2。
[0048] 進一步地，所述步驟S3具體為：
[0049] 首先設定一個初始K1為環境溫度，通過所述步驟S1中ANSYS APDL有限元模型得到 J(r)，之后將所述J(r)帶入所述步驟S2的ANSYS CFX有限元模型構建中，得到導線內的溫度 最高點的溫度K3與溫度最低點的溫度K2，如果| Kl-(K2+K3)/2 | >1 (K)，則令Kl = (K2+K3)/2， 繼續循環迭代;如果I Kl-(K2+K3)/2 | < 1 (K)，將最后的ANSYS CFX模型所得到的溫度場分布 作為仿真的結果。
[0050] 本發明相對于現有技術具有如下的優點及效果：
[0051] 本發明結合LGJ300/40導線的實際結構尺寸，建立了徑向切面的二維仿真模型， 在同時考慮了集膚效應與導線內部空氣隙的情況下，通過使用ANSYS APDL與ANSYS CFX得 到了不同載流量下導線的徑向溫度分布場，得到了鋼芯溫度，并且通過大電流實驗方法得 到了得到鋼芯鋁絞線型導線表層溫度和鋼芯層溫差隨電流變化的情況，其相對誤差均在 5%之內，驗證了該有限元建模方法的有效性。
【附圖說明】
[0052]圖1是本發明公開的基于ANSYS APDL與ANSYS CFX的鋼芯鋁絞線徑向溫度仿真方 法流程圖；
[0053] 圖2是700A時LGJ 300/40型導線內溫度場分布圖。
【具體實施方式】
[0054] 為使本發明的目的、技術方案及優點更加清楚、明確，以下參照附圖并舉實施例對 本發明進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，并不用 于限定本發明。
[0055] 實施例
[0056] 本實施例結合LGJ300/40型導線為仿真對象，提出一種基于ANSYS APDL與ANSYS CFX的鋼芯鋁絞線徑向溫度仿真方法，但該方法并不局限于LGJ300/40型導線，LGJ 300/40 型導線的2D截面圖由四層組成，由內到外分別是圓心位于中心半徑為1.33mm的一根鋼芯、 圓心間隔均勾分布在半徑為2.66mm的圓上半徑為1.33mm的六根鋼芯、圓心間隔均勾分布在 半徑為5.985mm的圓上半徑為1.995mm的九根錯芯、圓心間隔均勾分布在半徑為9.975mm的 圓上半徑為1.995mm的根十五根錯芯。在已有導線模型的基礎上，外部添加半徑為0.2米的 空氣層。
[0057]具體方法包括以下步驟：
[0058] S1、ANSYS APDL有限元模型構建；
[0059] 該步驟具體又包括下列子步驟：
[0060] S101、ANSYS APDL有限元模型中進行單元選擇與材料設定；
[00611 在指定單元時，鋼芯與鋁芯使用包含VOLT與AZ自由度的PLANE53單元，空氣使用包 含AZ自由度的PLANE53單元。在指定材料時，材料的特性為指定溫度K1時的特性，其中K1為 環境溫度。
[0062] S102、ANSYS APDL有限元模型中進行網格劃分；
[0063]在網格劃分的時候，由于內部空氣形狀復雜，ANSYS APDL的網格劃分無法自動實 現，本方法采用圓的正48邊形來替代圓，方便了ANSYS APDL中網格的劃分，對于最后結果的 所造成的誤差在可允許范圍內。
[0064] S103、ANSYS APDL有限元模型中進行載荷與邊界條件的施加；
[0065]在選中所有的鋼芯與鋁芯的節點后耦合其VOLT自由度，將總電流I的峰值1.4141 作為電流載荷的數值大小施加在耦合后的任意一個節點上，對于空氣層的外邊緣施加 AZ = 0的邊界條件，設定頻率為50Hz后使用諧態仿真。得到考慮集膚效應后的LGJ 300/40型導線 的生熱率分布Q，并且由于模型的對稱性，生熱率分布基本上只與徑向坐標r有關，因而電流 密度分布基本上只與徑向坐標r有關。
[0066] S104、計算得到電流密度隨r(m)變化的函數J(r)。
[0067] 選取任意一條經過中心的直線，記錄直線所經過的網格的生熱率與r坐標，根據
[0069] 其中p( Q ? m)為電阻率，得到電流密度與r之間的關系，使用指數函數擬合這些離 散的點得到J(r)(A/m 2)。同時，P( Q ? m)和J(r)(A/m2)的括號中分別為電阻率和函數J(r)的 單位。
[0070] S2、ANSYS CFX有限元模型構建；
[0071] ANSYS CFX中模型的幾何尺寸如上所述，但是ANSYS CFX無法處理2D數據，故將上 述截面Z向拉伸10mm，通過之后的處理模擬2D情況。
[0072]該步驟具體又包括下列子步驟：
[0073] S201、ANSYS CFX有限元模型中進行材料設定和求解域設置；
[0074]設定材料時，鋼芯、鋁芯與空氣使用模型材料庫中對應材料。設置求解域時對于處 于距中心9.975mm以內的空氣、鋼芯、鋁芯作為固體域求解，剩余空氣當作流體域求解。 [0075] S202、ANSYS CFX有限元模型中進行網格劃分；
[0076]劃分網格時，使用ICEM (FD中的Blocking模式將幾何模型劃分為Z向只有一層的 網格并導入CFX-Pre中。
[0077] S203、ANSYS CFX有限元模型進行載荷施加；
[0078] 施加生熱率載荷時，在鋼芯所在的網格中建立子域，通過CEL語言施加生熱率為
[0079] Q(r)i = J(r)2PFe(l+arFe(T-293.15))
[0080] 其中^OKW/m3)為鋼芯生熱率，J(r)(A/m2)為步驟S104中得到的電流密度隨r(m) 變化的函數，PFe( Q ? m)為293.15K時鐵的電阻率，arFe( Q ? m/K)為鐵的電阻溫度系數，T(K) 為該網格溫度，在迭代時由求解器實時給出。
[0081] 以同樣的方法在鋁芯所在的網格中建立子域，通過CEL語言施加生熱率為
[0082] Q(r)2 = J(r)2PAi( l+arAi(T-293.15))
[0083] 其中Q(r)2(W/m3)為鋁芯生熱率，J(r)(A/m2)為步驟S104中得到的電流密度隨r(m) 變化的函數，Pai( Q ? m)為293.15K時鋁的電阻率，arA1( Q ? m/K)為鋁的電阻溫度系數，T(K) 為該網格溫度，在迭代時由求解器實時給出。
[0084] S204、ANSYS CFX有限元模型進行邊界條件施加；
[0085] 施加邊界條件時，空氣外邊緣施加開放邊界條件，鋁芯暴露于外面的部分在流固 交界面的基礎上通過CEL語言施加附加熱流密度：
[0086] q = -MT1 - rfj
[0087] 其中e為發射率，〇 = l.3806488(13) X10~-23(J/K)為玻爾茲曼常數，Tcmt(K)為環 境溫度，T(K)為表面溫度，在迭代時由求解器實時給出，其余邊界施加默認的流固交界面或 者固固交界面。
[0088] S205、計算導線內的溫度最高點的溫度K3與溫度最低點的溫度K2;
[0089] 將上述ANSYS CFX有限元模型保存為def格式文件后導入CFX Solver軟件內進行 計算，得到記錄溫度場的分布結果的res文件，通過CFX Post軟件進行后處理找到導線內的 溫度最高點的溫度K3與溫度最低點的溫度K2。
[0090] S3、ANSYS APDL有限元模型與ANSYS CFX有限元模型循環迭代；
[0091] 首先設定一個初始K1為環境溫度，通過S1中的模型得到一個J(r)(A/m2)，之后將 這個J(r) (A/m2)帶入S2的模型之中，得到K2與K3，如果| Kl-(K2+K3)/2 | >1 (K)，則令Kl = (K2 +K3)/2，繼續循環迭代;如果| Kl-(K2+K3)/2 |彡1 (K)，將最后的ANSYS CFX模型所得到的溫 度場分布作為仿真的結果。
[0092]圖1是該計算方法的流程圖。圖2為700A時LGJ 300/40型導線內溫度場分布，從仿 真結果可以看到剛芯鋁絞線截面溫度場分布并不是均勻，由于空氣間隙的存在，導線的徑 向溫度存在梯度。而且鋼芯的溫度比表層的溫度要高。
[0093]模型效果分析
[0094] 利用步驟S3中所示的方法分別計算I為40(^、50(^、60(^、70(^，環境溫度為19 (°C)，發射率e為0.3的情況下LGJ 300/40型導線的溫度分布，得到以下結果：
[0095] 表1 LGJ 300/40型導線的仿真溫度與實際溫度比較
[0096]
[0097] 將仿真結果和實驗結果進行比較可得，在無風無日照條件下，本模型的計算誤差 在5%以內，而且電流較小時，誤差更小，基本滿足工程上的需要。
[0098] 模型計算所的結果與實際的結果之間相符的較好，這主要是由于在模型中計算鋼 芯鋁絞線的生熱率的時候，并沒有將其看作一個均勻生熱的整體也沒有采用較為不準確的 導線的交流電阻率計算生熱率，而是在ANSYS CFX進行計算時通過溫度實時計算導線的電 阻率變化對于生熱率的影響，在每次ANSYS CFX計算結束之后通過得到的溫度作為ANSYS APDL的設置參數重新計算鋼芯鋁絞線內的電流密度分布，作為下一次ANSYS CFX內計算鋼 芯鋁絞線內各點生熱率的依據。總的來說，由于模型中使用電流密度與溫度作為聯系ANSYS APDL與ANSYS CFX的橋梁，在計算鋼芯鋁絞線內的生熱率的分布時，該模型可以同時考慮肌 膚效應和導線溫度變化本身對于導線生熱率的影響，更加接近鋼芯鋁絞線發熱的物理本 質，能夠為有限元模型的計算施加在位置上與數值上更為準確的熱源激勵，因而在計算鋼 芯鋁絞線內部的溫度場的分布時最終獲得的結果與實際之間的誤差變得更小。
[0099] 模型計算所的結果與實際的結果之間相符的較好，這主要是由于在模型中計算鋼 芯鋁絞線的生熱率的時候，并沒有將其看作一個均勻生熱的整體也沒有采用較為不準確的 導線的交流電阻率計算生熱率，而是在ANSYS CFX進行計算時通過溫度實時計算導線的電 阻率變化對于生熱率的影響，在每次ANSYS CFX計算結束之后通過得到的溫度作為ANSYS APDL的設置參數重新計算鋼芯鋁絞線內的電流密度分布，作為下一次ANSYS CFX內計算鋼 芯鋁絞線內各點生熱率的依據。總的來說，由于模型中使用電流密度與溫度作為聯系ANSYS APDL與ANSYS CFX的橋梁，在計算鋼芯鋁絞線內的生熱率的分布時，該模型可以同時考慮肌 膚效應和導線溫度變化本身對于導線生熱率的影響，更加接近鋼芯鋁絞線發熱的物理本 質，能夠為有限元模型的計算施加在位置上與數值上更為準確的熱源激勵，因而在計算鋼 芯鋁絞線內部的溫度場的分布時
[0100] 上述實施例為本發明較佳的實施方式，但本發明的實施方式并不受上述實施例的 限制，其他的任何未背離本發明的精神實質與原理下所作的改變、修飾、替代、組合、簡化， 均應為等效的置換方式，都包含在本發明的保護范圍之內。
【主權項】
1. 一種基于ANSYS APDL與ANSYS CFX的鋼芯鋁絞線徑向溫度仿真方法，其特征在于，包 括下列步驟： 51、 ANSYS APDL有限元模型構建，該步驟具體為： 5101、 ANSYS APDL有限元模型中進行單元選擇與材料設定； 5102、 ANSYS APDL有限元模型中進行網格劃分； 5103、 ANSYS APDL有限元模型中進行載荷與邊界條件的施加； 5104、 計算得到電流密度隨r(m)變化的函數J(r); 52、 ANSYS CFX有限元模型構建，該步驟具體為： 5201、 ANSYS CFX有限元模型中進行材料設定和求解域設置； 5202、 ANSYS CFX有限元模型中進行網格劃分； 5203、 ANSYS CFX有限元模型進行載荷施加； 5204、 ANSYS CFX有限元模型進行邊界條件施加； 5205、 計算導線內的溫度最高點的溫度K3與溫度最低點的溫度K2; 53、 ANSYS APDL有限元模型與ANSYS CFX有限元模型循環迭代，得到鋼芯鋁絞線的溫度 場分布。2. 根據權利要求1所述的基于ANSYS APDL與ANSYS CFX的鋼芯鋁絞線徑向溫度仿真方 法，其特征在于，所述步驟S101具體為： 在指定單元時，鋼芯與鋁芯使用包含VOLT與AZ自由度的PLANE53單元，空氣使用包含AZ 自由度的PLANE53單元;在指定材料時，材料的特性為指定溫度K1時的特性，其中K1為環境 溫度； 所述步驟S102具體為： 在網格劃分的時候，采用圓的正48邊形來替代圓。3. 根據權利要求1所述的基于ANSYS APDL與ANSYS CFX的鋼芯鋁絞線徑向溫度仿真方 法，其特征在于，所述步驟S103具體為： 在選中所有的鋼芯與鋁芯的節點后耦合其VOLT自由度，將總電流I的峰值1.4141作為 電流載荷的數值大小施加在親合后的任意一個節點上，對于空氣層的外邊緣施加 AZ = 0的 邊界條件，設定頻率為50Hz后使用諧態仿真，得到考慮集膚效應后導線的生熱率分布Q。4. 根據權利要求1所述的基于ANSYS APDL與ANSYS CFX的鋼芯鋁絞線徑向溫度仿真方 法，其特征在于，所述步驟S104具體為： 選取任意一條經過中心的直線，記錄直線所經過的網格的生熱率與r坐標，根據其中P(Q ?!!!)為電阻率，得到電流密度與徑向坐標r之間的關系，使用指數函數擬合這 些離散的點得到J(r)(A/m2)。5. 根據權利要求1所述的基于ANSYS APDL與ANSYS CFX的鋼芯鋁絞線徑向溫度仿真方 法，其特征在于，所述步驟S201具體為： 設定材料時，鋼芯、鋁芯與空氣使用ANSYS CFX模型材料庫中對應材料，設置求解域時 對于處于距中心指定距離以內的空氣、鋼芯、鋁芯作為固體域求解，剩余空氣當作流體域求 解。6. 根據權利要求1所述的基于ANSYS APDL與ANSYS CFX的鋼芯鋁絞線徑向溫度仿真方 法，其特征在于，所述步驟S202具體為： 劃分網格時，使用ICEM (FD中的Blocking模式將幾何模型劃分為Z向只有一層的網格 并導入CFX-Pre中。7. 根據權利要求1所述的基于ANSYS APDL與ANSYS CFX的鋼芯鋁絞線徑向溫度仿真方 法，其特征在于，所述步驟S203具體為： 施加生熱率載荷時，在鋼芯所在的網格中建立子域，通過CEL語言施加生熱率為 Q(r)i = J(r)2PFe(l+arFe(T-293.15)) 其中Q(rMW/m3)為鋼芯生熱率，J(r)(A/m2)為步驟S104中得到的電流密度隨r(m)變化 的函數，PFe( Q ? m)為293.15K時鐵的電阻率，arFe( Q ? m/K)為鐵的電阻溫度系數，T(K)為該 網格溫度，在迭代時由求解器實時給出； 在鋁芯所在的網格中建立子域，通過CEL語言施加生熱率為 Q(r)2 = J(r)2PAi(l+arAi(T-293.15)) 其中Q(r)2(W/m3)為鋁芯生熱率，J(r)(A/m2)為電流密度隨r(m)變化的函數，pai( Q ? m) 為293.15K時鋁的電阻率，arA1 ( Q ? m/K)為鋁的電阻溫度系數，T (K)為該網格溫度，在迭代 時由求解器實時給出。8. 根據權利要求1所述的基于ANSYS APDL與ANSYS CFX的鋼芯鋁絞線徑向溫度仿真方 法，其特征在于，所述步驟S204具體為： 施加邊界條件時，空氣外邊緣施加開放邊界條件，鋁芯暴露于外面的部分在流固交界 面的基礎上通過CEL語言施加附加熱流密度： q = scrip - Tl) 其中e為發射率，〇 = l.3806488(13) X10~-23(J/K)為玻爾茲曼常數，Tcmt(K)為環境溫 度，T(K)為表面溫度，在迭代時由求解器實時給出，其余邊界施加默認的流固交界面或者固 固交界面。9. 根據權利要求1所述的基于ANSYS APDL與ANSYS CFX的鋼芯鋁絞線徑向溫度仿真方 法，其特征在于，所述步驟S205具體為： 將上述ANSYS CFX有限元模型保存為def?格式文件后導入CFX Solver軟件內進行計算， 得到記錄溫度場的分布結果的res文件，通過CFX Post軟件進行后處理找到導線內的溫度 最高點的溫度K3與溫度最低點的溫度K2。10. 根據權利要求1所述的基于ANSYS APDL與ANSYS CFX的鋼芯鋁絞線徑向溫度仿真方 法，其特征在于，所述步驟S3具體為： 首先設定一個初始K1為環境溫度，通過所述步驟S1中ANSYS APDL有限元模型得到J (r)，之后將所述J(r)帶入所述步驟S2的ANSYS CFX有限元模型構建中，得到導線內的溫度 最高點的溫度K3與溫度最低點的溫度K2，如果| Kl-(K2+K3)/2 | >1 (K)，則令Kl = (K2+K3)/2， 繼續循環迭代;如果I Kl-(K2+K3)/2 | < 1 (K)，將最后的ANSYS CFX模型所得到的溫度場分布 作為仿真的結果。
【文檔編號】G06Q50/06GK106055387SQ201610471503
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月22日
【發明人】劉剛, 李煬, 陳垣, 陳宇航
【申請人】華南理工大學