(19)中华 人民共和国 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 202111506493.2 (22)申请日 2021.12.10 (71)申请人 中国民航大 学 地址 300300 天津市东 丽区津北公路2898 号 (72)发明人 石旭东　刘沛颢　陈业　赵宏旭　 张浩天　 (74)专利代理 机构 天津才智专利商标代理有限 公司 12108 代理人 吕志英 (51)Int.Cl. G06F 30/15(2020.01) G06F 30/20(2020.01) G06F 111/10(2020.01) (54)发明名称 一种基于Fluent软件的航空电弧故障损伤 模拟方法 (57)摘要 本发明提供一种基于Fluent软件的航空电 弧故障损伤模拟方法， 基于 Fluent的不可压缩流 K‑ε湍流模型， 在K ‑ε湍流模型的基础上引入磁 流体动力学模 型， 再通过用户自定义函数功能将 等离子体物性参数随温度变化关系导入Fluent 求解器中， 可实现在Fluent中对电弧的模拟计 算。 本发明的有益效果是： 将参数初始化后对电 弧进行模拟， 得到电弧的电气特性与温度场特性 随时间的变化， 由于电弧发生后产生的能量会对 周围部件造成损伤， 通过计算结果可提取电弧发 生后周围部件的损伤体积。 权利要求书2页 说明书3页 附图3页 CN 114169076 A 2022.03.11 CN 114169076 A 1.一种基于Fluent软件的航空电弧故障损伤模拟方法， 其特 征在于， 包括以下步骤： (1)确认航空电弧发生处的尺寸参数， 包括： 电弧长度、 线缆直径、 铝板厚度、 电弧与周 围部件的间隔距离； (2)根据步骤(1)中确认的航空电弧发生处的尺寸参数， 使用Designmodeler软件构建 模型， 接着使用Meshi ng软件对模型进行网格划分， 并输出网格文件； (3)将网格文件导入Fluent求解器， 检查网格质 量， 若网格质 量小于0.8， 则返回步骤 (2)； 若网格质量大于0.8， 则设置求解器为瞬态计算， 设置重力加速度、 各 组分参数、 各材料 物性参数、 边界条件、 求 解器模型和求 解算法； (4)设置残差值， 对模型进行初始化， 设置电弧发生时的环境温度和环境气压值， 设置 时间步长与计算 步数， 开始计算； (5)判断计算结果是否收敛， 若计算残差值低于设定残差值则判定为收敛， 若残差值收 敛， 计算完成， 利用T ecplot后处理软件进行结果的后处理， 得到电弧的温度场分布， 以及周 围部件受热的温度场分布； 若残差值不收敛， 则调节亚松弛因子， 返回步骤(4)， 重新计算直 至残差值收敛； (6)查看电弧对周围部件的损伤体积。 2.根据权利要求1所述的一种基于Fluent软件的航空电弧故障损伤模拟方法， 其特征 在于， 步骤(3)中的求解器模型包括磁流体动力学模型、 能量模型、 P1辐射模型、 K ‑ε湍流模 型， 式(1)、 (2)为磁流体动力学模型， 式(1)、 (2)中， σ 为电导率， 为电压差， j为电流密度， U为速度， B0为磁感应强度， Q为焦 耳热； (3)、 (4)、 (5)为能量模型， 式(3)、 (4)、 (5)中， ρ 为空气等离子体密度， U为速度矢量， ▽为对其中的量在x、 y、 z方向 上分别求偏导， g为重力加速度取9.8m/s2， μ为空气等离子体粘性系数， t为时间， λ为空气等 离子体导热系数,htot为比焓,SM为动量源项,SE为能量源项，权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 114169076 A 2式(6)为P1辐射模型， 式(6)中， r为位置矢量， s`为行程长度， s为方向矢量， Kav为吸收系数， Ksv为散色系数， Iv为辐射强度， Ib为黑体发射强度， v为频率， T为温度， 为相位函数， Ω为空间立体角， S为 辐射源。 3.根据权利要求1所述的一种基于Fluent软件的航空电弧故障损伤模拟方法， 其特征 在于， 步骤(5)中周围部件由于电弧产生而导致的温度上升， 周围部件受热情况的温度场分 布由热传导方程控制， 热传导方程如式(7)， 式(7)中， ρ 为材 料密度， c为材 料比热容， λ为材 料导热系数， 为单位体积的发热率。 4.根据权利要求1所述的一种基于Fluent软件的航空电弧故障损伤模拟方法， 其特征 在于， 步骤(6)所述 查看电弧对周围部件的损伤体积是由温度超过 熔点部分的体积表征。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 114169076 A 3