空间离子流场数值计算及工程应用

本书论述空间离子流场数值计算的基本原理及数值方法，推导各种数值方法的数学方程及算法实现过程。全书共分9章，主要内容包括超（特）高压直流输电工程离子流场原理，电晕的机理和预测，离子流场的计算和测量方法，二维、三维和瞬态上流有限元计算方法，电荷输运模型计算离子流场方法，油纸绝缘设备合成电场计算方法。本书融入了近年来国内外在超（特）高压直流输电工程离子流场数值计算、电气设备优化设计与评价方面所积累的经验和研究成果。本书内容所涉及的工程算例，来源于作者所在的研究团队多年来从事电磁环境教学、科研及工程评价累积的资料。本书可供高压直流输电工程建设、运行和科学研究人员使用，也可作为高等院校电气工程、资源和环境等相关专业的研究生和教师的教学参考书。

阮江军，男，武汉大学二级教授，博士生导师。1995年毕业于华中理工大学，获工学博士学位。主要从事电磁-温度-流体-力学多物理场分析、高压电气设备状态检测与评估、绝缘放电预测理论、电工新材料研发、防雷接地等研究。主持的“电磁多物理场分析关键技术及其在电工装备虚拟设计与状态评估的应用”获2017年湖北省科技进步一等奖，入选第四批国家“万人计划”。

第1章绪论
1.1离子流场问题的提出
1.2高压直流输电线路离子流场计算方法的发展历程
1.3高压直流输电线路对周围环境的影响
1.3.1高压直流输电线路电磁环境的影响研究
1.3.2直流输电系统电磁环境相关标准
1.4换流变压器油纸绝缘介质合成电场研究现状
本章参考文献
第2章离子流场的理论分析
2.1离子流场问题的描述
2.2离子流场问题的求解条件
2.3空间离子流场的数学模型
2.3.1空间离子流场的漂移-扩散方程
2.3.2直流离子流场的控制方程
2.3.3解的专享性
本章参考文献
第3章电晕的机理和预测
3.1电晕的机理
3.2直流线路电晕问题
3.2.1电晕起始电场强度
3.2.2导线表面电场强度
3.2.3线路电晕损失计算
3.3电晕起始电压预测
3.3.1SVM的基本理论
3.3.2预测模型的建立
3.3.3预测模型的验证
3.3.4环境因素的讨论
本章参考文献
第4章高压直流输电线路离子流场的计算和测量方法
4.1离子流场的计算方法
4.1.1基于Deutsch假设的求解方法
4.1.2半经验公式法
4.1.3电场线法
4.1.4BPA法
4.1.5有限元迭代法
4.2合成电场（离子流场）的测量
4.2.1实验模型
4.2.2实验条件及测量方法
4.2.3实验结果与计算结果对比
4.3气象条件对计算的影响
4.3.1下雨或相对湿度较大时的情况
4.3.2高海拔情况
本章参考文献
第5章二维上流有限元法
5.1二维上流有限元法的理论及算法实现
5.1.1上流有限单元判定
5.1.2空间电荷密度更新
5.1.3二维上流有限元法的程序实现
5.2二维上流有限元法的迭代收敛性改进
5.2.1二维上流有限元法迭代策略的改进及程序实现
5.2.2同轴圆柱电极模型计算
5.2.3单极直流实验线路
5.2.4引入迭代因子后算法稳定性验证
5.2.5±660kV直流输电线路离子流场计算
本章参考文献
第6章三维上流有限元法
6.1传统三维上流有限元法的理论及算法实现
6.1.1三维上流有限单元判定
6.1.2空间电荷密度更新
6.1.3三维上流有限元法的程序实现
6.2新型三维上流有限元法的理论及算法实现
6.2.1新型上流有限单元的寻找策略及程序实现
6.2.2二维模型中计算结果对比与分析
6.2.3三维模型中计算结果对比与分析
6.2.4直流输电线路下方房屋附近合成电场计算
本章参考文献
第7章瞬态上流有限元法
7.1二维轴对称上流有限元法的算法实现
7.1.1数学模型
7.1.2算法描述
7.1.3二维轴对称上流有限元法的算法验证
7.2瞬态上流有限元法的理论及算法实现
7.2.1瞬态上流有限单元寻找策略
7.2.2瞬态上流有限元法的程序实现
7.3绝缘材料表面电荷聚散过程仿真分析
7.3.1绝缘介质表面电荷积聚机理
7.3.2绝缘介质表面电荷积聚模型
7.3.3变步长实现电荷密度更新
7.3.4仿真结果分析
7.4直流分压器附近离子流场分析
7.4.1模型构建
7.4.2伞裙表面电荷处理方式
7.4.3直流分压器静电场计算
7.4.4直流分压器离子流场计算
7.4.5直流分压器周围空间电荷影响规律分析
本章参考文献
第8章基于空间电荷输运方程模型的计算方法
8.1物理及数学模型
8.2单极直流输电线路的计算
8.3双极直流输电线路的计算
8.3.1输电导线等效单根模型
8.3.2输电导线分裂模型
本章参考文献
第9章油纸绝缘设备典型合成电场数值计算方法
9.1数学模型
9.2计算流程
9.3单层油纸绝缘结构合成电场计算
9.3.1模型构建
9.3.2仿真结果验证
9.4关键参数对油纸绝缘结构合成电场的影响
9.4.1外加电场强度的影响
9.4.2载流子迁移率的影响
9.4.3电极注入势垒的影响
9.4.4陷阱捕获系数的影响
9.4.5陷阱浓度的影响
9.4.6正负载流子复合系数的影响
9.5温度梯度下空间电荷运动仿真分析
9.6极性反转条件下空间电荷运动仿真分析
9.7双层油纸绝缘结构合成电场计算
9.7.1油纸绝缘结构界面电荷数学模型
9.7.2仿真结果分析
本章参考文献