(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202210833641.X (22)申请日 2022.07.15 (71)申请人 西安交通大 学 地址 710049 陕西省西安市咸宁西路28号 申请人 中国工程物理研究院流体物理研究 所 (72)发明人 闵道敏　陈韵中　高梓巍　蔡姝娆　 李盛涛　武庆周　 (74)专利代理 机构 西安通大专利代理有限责任 公司 6120 0 专利代理师 李鹏威 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G16C 60/00(2019.01) G06F 113/26(2020.01)G06F 119/08(2020.01) (54)发明名称 一种聚合物纳米复合电介质电场和热场 的 计算方法及系统 (57)摘要 本发明公开了一种聚合物纳米复合电介质 电场和热场的计算方法及系统， 基于聚合物纳米 复合电介质的显微结构构建三维结构模型， 对三 维结构模型进行网格剖分并将物理参量赋值在 网格上， 构建多重网格并通过重构法在不同层网 格上重构物理参量， 采用有限体积法离散广义泊 松方程并采用程式雅克比迭代法进行电位更新， 使用有限体积多重网格物理量重构程式雅克比 迭代计算方法对聚合物纳米复合电介质内部电 场和热场进行仿真计算， 其结果既可以直观地分 析纳米填料与聚合物基体界面的电场、 电流密 度、 焦耳热功率和热场分布特性， 更能建立起纳 米复合电介质内部微观组成结构与宏观电气和 热学特性的关联， 可以更好地对绝缘材料和结构 进行设计 。 权利要求书2页 说明书15页 附图8页 CN 115204015 A 2022.10.18 CN 115204015 A 1.一种聚合物纳米复合电介质电场和热场的计算方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： S1， 建立聚合物纳米复合电介质电场和热场的广义泊松方程； S2， 基于聚合物纳米复合电介质的显微结构构建三维结构模型， 对三维结构模型进行 网格剖分并将物理参量赋值在网格上， 构建多重网格并通过重构法在不同层网格上重构物 理参量； S3， 采用有限体积法离散广义泊松方程， 根据离散的广义泊松方程建立聚合物纳米复 合电介质的电场和热场仿真模型； S4， 根据电场和热场仿真模型， 将重构后的网格重复由细网格向粗网格、 再由粗网格向 细网格进行有限体积多重网格程式雅克比迭代计算， 直至迭代误差达到设定精度， 即可输 出聚合物纳米复合电介质的电场和热场分布特性。 2.根据权利要求1所述的一种聚合物纳米复合电介质电场和热场的计算方法， 其特征 在于， 将建立的广义泊松方程采用有限体积法离 散计算迭代求 解。 3.根据权利要求1所述的一种聚合物纳米复合电介质电场和热场的计算方法， 其特征 在于， 将第一层网格单元划分为n2g‑1×n2g‑1×n2g‑1， 其中n为整数， g为网格的层数， 第二层 网格单元划分为n2g‑2×n2g‑2×n2g‑2， 第三层网格单元划分为n2g‑3×n2g‑3×n2g‑3， 第四层网 络单元划分为 n2g‑4×n2g‑4×n2g‑4， 第五层网络单 元划分为 n×n×n。 4.根据权利要求3所述的一种聚合物纳米复合电介质电场和热场的计算方法， 其特征 在于， 第一层网格节点上的物理量离 散为 这里i、 j、 k在1到n2g‑1+1之间取值； 第二层网 格节点上的物理量离散为 这里i、 j、 k在1到n2g‑2+1之间取值； 第三层网格节点上的物 理量离散为 这里i、 j、 k在1到n2g‑3+1之间取值； 第四层网格节点上的物理量离散为 这里i、 j、 k在1到n2g‑4+1之间取值； 第五层网格节点上的物理量离散为 这里i、 j、 k在1到n+1之间取值。 5.根据权利要求4所述的一种聚合物纳米复合电介质电场和热场的计算方法， 其特征 在于， 以第二层网格节点上的某个位置为中心选择一个单位长度的正方体， 正方体的1个体 中心、 6个面中心、 12个线中心、 8个顶点都是上一层网格的物理量； 然后采用1个体中心、 6个 面中心、 12个线中心、 8个顶点的数据重构第二层网格上的物理量； 正方体体中心上物理量 的权重为1/8， 面中心上物理量的权重为1/16， 线中心上物理量的权重为1/32， 顶点上物理 量的权重为1/64， 然后加权求和可以重构出第二层网格节点上的物理量。 6.根据权利要求5所述的一种聚合物纳米复合电介质电场和热场的计算方法， 其特征 在于， 在同一层网格上使用8个节点的物理量， 重构网格单 元的物理量。 7.根据权利要求3所述的一种聚合物纳米复合电介质电场和热场的计算方法， 其特征 在于， 在第一层 网格上采用程式雅克比迭代法将电位迭代更新； 然后在第一层 网格计算电 流密度的散度， 使用上一次迭代 得到的电流密度的散度减去本次迭代得到的电流密度的散 度得到残差； 接着采用物理量重构法重构残差， 并作为第二层 网格上广义泊松方程的源项 进行程式雅克比迭代， 以此方法逐层从细网格向粗网格传递， 完成一次完整的从细 网格向 粗网格的迭代。 8.根据权利要求3所述的一种聚合物纳米复合电介质电场和热场的计算方法， 其特征权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115204015 A 2在于， 将第 五层网格上计算得到的电位延拓至第四层 网络， 第五层网格与第四层 网格对应 的节点， 其电位直接延拓到第四层网格， 以这些节点为正方体的中心， 以单位长度为边长可 以组成若干个小正方体， 正方体面心上 的节点电位采用左右节点平均值进行延拓， 正方体 线心上的节点电位采用周围4个节点平均值进行延 拓， 正方体顶点上的节点电位采用周围8 个节点平均值进 行延拓， 将延拓得到的第四层电位与上一次迭代得到的电位相加得到修正 电位， 采用程式雅克比迭代法更新第四层 网格上的电位， 依此方法逐层从粗网格 向细网格 延拓， 完成一次完整的从粗网格向细网格的迭代。 9.根据权利要求1所述的一种聚合物纳米复合电介质电场和热场的计算方法， 其特征 在于， 通过多次细网格到粗网格和 粗网格到细 网格的迭代计算， 聚合物纳米复合电介质的 分布特性包括电位分布、 电场分布、 电流密度分布、 焦耳热功 率分布、 电位移矢量分布、 温度 分布和热流密度分布特性。 10.一种基于权利要求1所述方法的聚合物纳米复合电介质电场和热场的计算系统， 其 特征在于， 包括结构模型模块， 多重网格化与物理量重构模块和迭代计算模块； 结构模型模块用于聚合物纳米复合电介质的显微结构构建三维结构模型， 对三维结构 模型进行网格剖分并将物理参量赋值在 网格上， 采用有限体积法离散广义泊松方程， 根据 离散的广义泊松方程建立各向异性线性聚合物纳米复合电介质的电场和热场仿真模型； 多重网格化与物理量重构模块用于对纳米复合电介质的三维结构模型进行多重网格 化， 然后重构不同网格内的物理量； 迭代计算模块用于将重构后的网格重复由细网格向粗网格、 再由粗网格向细网格进行 有限体积多重网格程式雅克比迭代， 直至迭代误差达到设定精度， 输出聚合物纳米复合电 介质的物理场分布特性。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115204015 A 3