【技術實現步驟摘要】
一種旋轉風機葉尖電暈放電的仿真計算方法
[0001]本專利技術屬于風機雷電接閃防護
，特別涉及一種旋轉風機葉尖電暈放電的仿真計算方法。
技術介紹
[0002]新能源替代化石能源對于能源系統轉型有著舉足輕重的作用，風能作為一種資源豐富性、可再生性以及環境友好型能源，近年來一直得到大力發展。
[0003]為了提高風能利用效率，風機單機容量增大，其高度不斷增加(兆瓦級風機葉尖最大離地高度已超過了200m)，葉片遭受雷擊的概率和損壞風險也大幅增加，現代大容量風機葉片雷擊損壞率較二十年前的小容量風機增加了5倍以上。風機工作時其葉片往往處于高速旋轉狀態，兆瓦級風機工作狀態時其葉尖線速度可達到100m/s以上，雷擊持續的幾十至數百毫秒時間內，葉片旋轉將產生不可忽略的位移，這勢必會導致風機與靜止目標物的雷擊接閃特性存在差異。目前，風機自然雷擊觀測發現，葉片旋轉可能使風機引雷能力增強，更易遭受雷擊。
[0004]目前分析認為，造成旋轉風機引雷能力增加的原因可能是葉尖電暈放電產生的空間電荷對葉尖電位的畸變。但是當下風機雷擊接閃過程的仿真計算多采用電氣幾何模型和先導發展模型等方法，模型中并未考慮風機葉片旋轉引發的電暈放電空間電荷遷移及其對上行先導起始和發展影響的物理過程，導致目前依據傳統計算方法無法解釋接閃現象，所設計的接閃器系統對雷電防護的效果不佳，葉片雷擊損壞事故仍頻頻發生。而且就目前研究來看，初始電暈放電空間電荷對旋轉風機防雷性能影響的機理暫不清晰，在模擬計算時往往忽略電暈放電空間電荷對后續放電過程的影響，導致...
【技術保護點】
【技術特征摘要】
1.一種旋轉風機葉尖電暈放電的仿真計算方法，其特征在于，采用COMSOL Multiphysics仿真軟件中的靜電模塊和稀物質傳遞模塊來建立雷云背景下風機葉尖電暈放電空間電荷遷移模型，仿真模型包括空間正離子、氣溶膠離子和中性粒子在空間中的遷移擴散；基于麥克斯韋方程、泊松方程以及多組分粒子輸送方程設置仿真模型的各個參數，采用適應性網格剖分，建立雷電背景電場下風機葉尖接閃器正極性電暈放電空間電荷遷移模型；采用基于Kaptzov假設的有限元法，利用MATLAB的COMSOL Multiphysics接口對仿真模型進行迭代求解。2.根據權利要求1所述旋轉風機葉尖電暈放電的仿真計算方法，其特征在于，建立仿真模型包括以下步驟：步驟1、利用COSMOL Multiphysics搭建風機葉尖的二維幾何模型；步驟2、對二維幾何模型進行網格剖分，在葉尖接閃器附近對網格進行加密處理；步驟3、采用Peek公式計算風機葉尖接閃器表面起暈場強：式中，m為導體的表面粗糙系數；δ為空氣的相對密度，常溫常壓下取值為1；r為等效半徑，單位cm；步驟4、計算葉尖接閃器表面電荷密度初值：式中，ε0為真空介電常數，值為8.85
×
10
?
12
F/m；U0是接閃器的起暈電壓，單位V；E
g
為最大地面標稱場強，單位V/m；U為雷云背景下接閃器的電壓，單位V；r
eq
為接閃器等效半徑，單位m；h為接閃器對地高度，單位m；E0為接閃器的起暈場強，單位V/m；步驟5、設置電場邊界條件；在接閃器的上邊界施加一個雷云背景電勢V＝
?
E0H，其中H為求解域上邊界距離地面高度；雷云背景電場E0計算方式如下：式中，E
0max
為雷云背景電場最大值，τ為背景電場上升時間，t為總體雷云持續時間；求解域左右邊界設置為零電荷，下邊界設置為接地，電離區內的電場分布用電場泊松方程來表述：其中ε0為真空介電常數，8.85
×
10
?
12
F/m；步驟6、設置電暈放電空間電荷的控制方程；空間中正離子n
+
、氣溶膠離子N
+
和中性粒子N
a
的遷移擴散，采用多組分粒子輸運方程描述：
其中，μ
n+
為正離子電場遷移速率，取值1.5
×
10
?4m2/(V
·
s)；μ
N+
為氣溶膠離子的電場遷移速率，取值1.5
×
10
?4m2/V
·
s；W為氣流速度，模塊中設定任意方向的高速氣流激勵，用于模擬葉片不同角度轉動時，葉尖切線方向空間氣流的流動；k
nN
為附著系數，取2.9
×
10
?
12
m3/s；D是擴散系數，取1m2/s；e和ε0分別為元電荷和真空介電常數；由多組分粒子輸運方程，得到粒子的速度場u為：由多組分粒子輸運方程，得到粒子的速度場u為：由多組分粒子輸運方程，得到粒子的速度場u為：將矢量u分解為x、...
【專利技術屬性】
技術研發人員：鄧冶強，許軍，楊仟慧，方超穎，王羽，吳強，文習山，陳小月，陳少康，謝文炳，
申請(專利權)人：武漢大學，
類型：發明
國別省市：
還沒有人留言評論。發表了對其他瀏覽者有用的留言會獲得科技券。