[发明专利]一种基于workbench的廊管GIL三维温度场及胀缩形变计算方法

权利要求书

1.一种基于workbench的廊管GIL三维温度场及胀缩形变计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

A：根据结构特性，对模型进行简化，使用SolidWorks软件建立包含绝缘气体及环境空气的计算模型；

B：把物理模型的几何文件导入网格划分软件ANSYS ICEM CFD中，进行流体和固体模块的网格划分；

C：在workbench中建立CFX模块，将网格导入CFX中，建立流体、固体域，并对各个计算域进行设置；

D：在固体计算域上施加考虑集肤效应的焦耳热载荷；

E：对流、固计算域进行耦合，并施加边界条件，然后在CFX模块中进行温度场计算；

F：将固体域网格文件导入workbench稳态或瞬态热分析模块，并将CFX的计算结果导入到热分析模块中的模型的对应边界上，再次对导体及外壳进行温度场计算；

G：将热分析模块中的计算结果导入workbench的静态或瞬态结构分析模块，计算热变形；

所述步骤C包括以下步骤：

C1：在workbench工作界面中放入CFX模块，将划分好的网格导入CFX中；

C2：创建计算中所需的新材料，固体材料的热物性视为定值，通过直接赋值的方式直接输入相应的导热率、比热容参数；气体为不可压缩流体，定压比热容视为定值，密度、动力粘度、导热系数考虑温度的影响，通过CEL语言定义气体属性：

密度计算公式为：

导热系数计算公式为：

动力粘度计算公式为：

其中：ρ(T)为气体密度，单位为kg/m³；ρ₀为0℃时气体的密度，单位为kg/m³；λ(T)为导热系数，λ₀为0℃时气体的导热系数；η(T)为气体动力粘度，单位为Pa·s；η₀为0℃时气体的动力粘度；T₀为参考温度，273K；S为Sutherland常数，单位为K；T为该网格温度，单位为K，在迭代时由求解器实时给出；

当考虑空气湿度的影响时，可以采用相同方法建立湿空气的密度、导热系数、动力粘度公式，然后赋予新材料；

C3：创建流、固计算域，并为各个计算域指定相应材料；

C4：对于流体计算域，需要通过添加浮力项考虑气体由于受热产生的密度变化发生的自然对流，其中浮力项参考密度计算公式为：

其中ρ_c为浮力项参考密度，单位为kg/m³；T_c为环境温度，单位为K；

同时通过打开气体域辐射项，设置辐射面的辐射率考虑结构的辐射散热，只考虑气体界面上的辐射，不考虑气体内部对辐射的吸收。

2.根据权利要求1所述的一种基于workbench的廊管GIL三维温度场及胀缩形变计算方法，其特征在于，所述步骤A包括以下步骤：

A1：对模型进行简化，由于每一段管道两端的触头处的接触良好，导电性能优良，所以可以忽略触头处的热损耗对管道温度的影响，所以模型只截取部分轴向长度的管道来计算温度场的分布；

A2：使用SolidWorks进行建模，建立的模型包括空气域、圆筒状导体、圆筒状外壳、导体内部的圆柱形绝缘气体区域即内层绝缘气体以及导体和外壳之间的圆筒形绝缘气体区域即外层绝缘气体。

3.根据权利要求1所述的一种基于workbench的廊管GIL三维温度场及胀缩形变计算方法，其特征在于，所述步骤B网格划分具体为：

将建立好的各个区域模型分别导入ICEM CFD软件中，采用分块划分网格的方式得到O型及H型结构化网格，并对气体域定义边界层，对边界层网格进行加密。