【技术实现步骤摘要】
考虑轴向与径向场分布的长距离超导能源管道仿真方法
本专利技术属于多物理场仿真
，特别涉及一种考虑轴向与径向场分布的长距离超导能源管道仿真方法。
技术介绍
随着现代能源分配不均问题的日益严峻，超导能源管道将需要低温条件的超导电能输送与本身具有低温条件的液化天然气输送相结合，具有传输效率高、功率密度大等优点，被认为是一种在未来具有相当潜力的能源传输方式。然而将超导电缆和液化天然气结合的超导能源管道是一个复杂的电-热-流耦合的多物理场系统。目前对超导能源管道内部的多物理场问题，特别是对于公里级的长距离超导能源管道中的电-热-流场在轴向与径向分布变化规律分析，由于其在轴向与径向尺度上差距过大，三维网格剖分困难，还缺乏系统有效的仿真方法。由于超导能源管道在未来的主要应用场景为能源的长距离输送，因此提出一种能对长距离超导能源管道进行仿真分析的方法对实际工程中的超导能源管道设计具有参考意义。
技术实现思路
本专利技术的目的是提出一种能对长距离超导能源管道中的电-热-流场在轴向与径向分布变化规律进行有效分析的仿真方...
【技术保护点】
1.一种长距离超导能源管道仿真方法，其特征在于，首先，针对超导能源管道建立电-热-流耦合的短距离三维数值模型，并通过求解该短距离三维数值模型，得到短距离的超导能源管道的电-热-流物理场分布；通过分析该短距离三维数值模型得到超导能源管道的长距离一维模型；将该短距离三维模型与该长距离一维模型结合，得到长距离超导能源管道的电-热-流物理场分布。/n
【技术特征摘要】
20190912 CN 20191086126491.一种长距离超导能源管道仿真方法，其特征在于，首先，针对超导能源管道建立电-热-流耦合的短距离三维数值模型，并通过求解该短距离三维数值模型，得到短距离的超导能源管道的电-热-流物理场分布；通过分析该短距离三维数值模型得到超导能源管道的长距离一维模型；将该短距离三维模型与该长距离一维模型结合，得到长距离超导能源管道的电-热-流物理场分布。
2.如权利要求1所述的长距离超导能源管道仿真方法，其中，超导能源管道的电-热-流物理场分布是轴向与径向的电-热-流物理场分布。
3.如权利要求1所述的长距离超导能源管道仿真方法，其中，建立短距离三维数值模型包括建立导体在常规导体状态与失超后超导状态的非线性电阻率的温度函数，以及建立超导能源管道中导体的电磁热关系和流体传热关系；
建立导体在常规导体状态与失超后超导状态的非线性电阻率的温度函数是通过温度函数关系描述常规导体与失超后超导材料的非线性电阻率：
E＝ρ(T)J
其中，E为电场强度；J为电流密度；T为温度；ρ(T)为电阻率，为温度的函数。
4.如权利要求3所述的长距离超导能源管道仿真方法，其中，建立超导能源管道中导体的电磁热关系和流体传热关系采用建立微分方程的方法，在设置传热方程边界条件时，将管道两端截面温度分布考虑为相差一个常数的周期性边界，在设置流体方程边界条件时，将管道两端截面压强分布也考虑为相差一个常数的周期性边界：
其中，TΓ1为截面1的温度分布；TΓ2为截面2的温度分布；ΔT为两截面温度差值，是常数；pΓ1为截面1的压强分布；pΓ2为截面2的压强分布；n为超导材料的n值；Δp为两截面压强差值，是常数。
5.如权利要求1所述的长距离超导能源管道仿真方法，其中，通过分析该短距离三维数值模型得到超导能源管道的长距离一维模型包括，
在不同给定平均压强、平均温度、超导电缆传输电流、传输液化天然气流量等参数的条件下求解该短距离三维数值模型，对结果进行拟合，得到管道在截面上的温度、压强差值各场量均值的函数关系：
其中，为平均温度；为平均压强；为平均压强；I为超导电缆传输电流；V为液化天然气的流量；
以该短距离三维数值模型中的温度、压强差值转化为温度、压强的轴向变化率，得到超导能源管道的温度与压强的长距离一维模型，其中，传输电流为一维模型中的不变量。
6.如权利要求1所述的长距离超导能源管道仿真方法，在求解失超故障后短时间内的超导能源管道时，先求解出正常工况下稳态的超导能源管道的电-热-流物理场分布，以此作为初始值进行暂态求解，求解时近似将三维数值模型中的管道截面考虑为绝热面。
7.一种考虑轴向与径向场分布的长距离超导能源管道仿真方法，其特征在于，所述长距离超导能源管道仿真方法具体包括以下步骤：
1)针对超导能源管道，截取一段建立电-热-流耦合的短距离三维数值模型；
2)针对步骤1)所建立的三维数值模型，在不同给定平均压强、平均温度、超导电缆传输电流、传输液化天然气流量等参数的条件下，求解短距离三维数值模型，即通过对平均压强、平均温度、超导电缆传输电流、传输液化天然气流量分别在各自的设计范围内离散地取值，构成一个离散的多维参...
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