Modelling of thermal field dynamics in a DC cable with application of parallel computations. Part 1: theoretical background

• Autorzy: Gołębiowski J. , Bycul R.P.

Warianty tytułu

PL

Modelowanie dynamiki pola temperatury w kablu prądu stałego z wykorzystaniem obliczeń równoległych. Część 1: podstawy teoretyczne

• Języki publikacji: EN

Abstrakty

EN

A model of non-stationary heat transfer in a DC cable and its discretization are presented. The cable is placed in the air, so the Hankel boundary condition was applied. It models natural convection and radiation. The total heat transfer coefficient was made dependent on the angular coordinate, because the local heat flux from a cylindrical geometry depends on the position of an analysed point on the cable's perimeter. The initial-boundary heat transfer problem was discretized by the implicit finite difference method in cylindrical coordinates. In order to solve it in parallel the duration of the transient state analysis was partitioned. Such decomposition method can introduce slight inconsistencies in obtained results, so an algorithm improving the results was also proposed.

PL

W artykule zaprezentowano model niestacjonarnego przepływu ciepła w kablu prądu stałego oraz jego dyskretyzację. Dla kabla umieszczonego w powietrzu przyjęto warunek brzegowy Hankela, modelujący naturalną konwekcję i promieniowanie. Całkowity współczynnik przejmowania ciepła uzależniono od współrzędnej kątowej, ponieważ lokalny strumień ciepła oddawanego przez poziomo ułożony kabel zależy od położenia punktu na jego obwodzie. Brzegowo-początkowe zagadnienie przepływu ciepła zostało zdyskretyzowane za pomocą niejawnej metody różnic skończonych w cylindrycznym układzie współrzędnych. W celu umożliwienia rozwiązania zagadnienia w równoległym systemie obliczeniowym, dokonano podziału czasu analizy stanu nieustalonego. Zastosowana metoda dekompozycji może naruszyć gładkość otrzymanych krzywych rozgrzewu, toteż zaproponowano algorytm eliminacji tych zaburzeń.

Słowa kluczowe

EN

DC cable; thermal field dynamics; FDM; parallel modelling; parallel computations

PL

kable DC; pole temperatury; modelowanie równoległe; obliczenia równoległe

• Wydawca: Polish Academy of Sciences, Committee on Electrical Engineering
• Czasopismo: Archives of Electrical Engineering
• Rocznik: 2008
• Tom: Vol. 57, nr 3-4
• Strony: 277--289
• Opis fizyczny: Bibliogr. 16 poz., rys.

Twórcy

autor

Gołębiowski J.

autor

Bycul R.P.

• Department of Theoretical Electrotechnics and Metrology, Bialystok Technical University,

Bibliografia

• 1. Hammons T. J.: Power cables in the twenty-first century. Electric Power Components and Systems, Vol. 31, No. 10, 2003, pp. 967-994.
• 2. Renge1 U. R.: Energy cables 2050 – a futuristic view. IEEE Power Engineering Review, Vol. 20, No. 10, 2000, pp. 18-21.
• 3. Gołębiowski J., Zaręba M.: A method of the analysis of the thermal field dynamics in the core and insulation of a DC lead with convectional heat abstraction. Electrical Engineering-Archiv für Elektrotechnik, Vol. 88, No. 5, 2006, pp. 453-464.
• 4. HVDC and HVDC Light, http://www.abb.com/hvdc
• 5. Wong Kau - Fui V.: Intermediate Heat Transfer. Taylor&Francis, 2003.
• 6. Atmane M. A., Chan V. S. S., Murray D. B.: Natural convection around a horizontal cylinder: The effects of vertical confinement. International Journal of Heat and Mass Transfer, Vol. 46, 2003, pp. 3661-3672.
• 7. Gołębiowski J., Bycu1 R. P.: The use of parallel computations in a 2-D numerical simulation of non-stationary thermal field in a cylindrical wire. Photonics Applications in Astronomy, Communications, Industry and High-Energy Physics Experiments. Proceedings of SPIE, Vol. 6937, 2007, pp. 693746-1-11.
• 8. Incropera F., DeWitt D., Bergman T., Lavine A.: Introduction to Heat Transfer, John Wiley&Sons, 2007.
• 9. Kącki E.: Cząstkowe równania różniczkowe w zagadnieniach fizyki i techniki (Partial differentia equations in physics and technical problems - in Polish). WNT, Warsaw, 1992.
• 10. Kurdzie1 R.: Działania cieplne i dynamiczne prądów zwarciowych (Thermal and dynamic influence of short-circuit currents - in Polish). PWT, Warsaw, 1957.
• 11. Hering M.: Termokinetyka dla elektryków (Thermokinetics for electrical engineers - in Polish). WNT, Warsaw, 1980.
• 12. Strikwerda J. C., Nagel Y. M.: Finite difference methods for polar coordinate system. Transactions of The Fourth Army Conference on Applied Mathematics and Computing. Department of Defense, USA, New York, 1986, pp. 1059-1076.
• 13. Bycul R., Jordan A., Cichomski M.: A new version of conjugate gradient method parallel implementation. Proceedings of the International Conference on Parallel Computing in Electrical Engineering (PARELEC), 2002, pp. 318-322.
• 14. Taler J., Duda P.: Rozwiązywanie prostych i odwrotnych zagadnień przewodzenia ciepła (Solving direct and reverse heat transfer problems - in Polish). WNT, Warsaw, 2003, pp. 591-607.
• 15. Nieverge1t J.: Parallel methods for integrating ordinary differential equations. Communications of the ACM, Vol. 7, No. 12, 1964, pp. 731-733.
• 16. Forenc J.: Time domain decomposition in parallel analysis of transient states. Proceedings of the International Conference on Parallel Computing in Electrical Engineering (PARELEC), 2007, pp. 295-300.