孫福松

【摘 要】在高壓斷路器滅弧室動態(tài)流場的數(shù)值計算中，常常需要快速而準(zhǔn)確地提取涉及動網(wǎng)格技術(shù)的ANSYS流場海量計算結(jié)果，并繪制相關(guān)物理參數(shù)隨時間變化的曲線圖。通過集成ANSYS CFD-POST 和MATLAB 兩款商業(yè)軟件進(jìn)行了流場后處理的二次開發(fā)工作，研制了一種提取相關(guān)數(shù)據(jù)的程序。結(jié)果表明，該程序能很好地解決動態(tài)流場后處理中海量數(shù)據(jù)的提取困難，避免大量額外工作等，實現(xiàn)數(shù)據(jù)處理工作的參數(shù)化和自動化。

【關(guān)鍵詞】高壓斷路器；滅弧室；摩擦力；檢測

引言

CFD-POST 作為一款優(yōu)異的后處理軟件，可作為所有ANSYS 流體動力學(xué)產(chǎn)品的通用后處理軟件，其具有友好的人機界面、強大的數(shù)據(jù)處理功能和優(yōu)良的圖表繪制處理功能，且其使用簡單易用的可視化和數(shù)量化的工具，來進(jìn)行CFD 模擬得到結(jié)果的分析。該軟件具有較廣的應(yīng)用范圍，不僅可以處理CFX 生成結(jié)果文件，而且對通過FLUENT，ANSYS等軟件生成的結(jié)果也可進(jìn)行處理，甚至其他通用格式的文件（如CGNS 文件）也可進(jìn)行處理，另外，該軟件在二次開發(fā)方面也具有獨特的功能。采用相關(guān)動網(wǎng)格技術(shù)進(jìn)行高壓斷路器滅弧室流場計算研究工作，對于了解其中存在的復(fù)雜流動現(xiàn)象具有十分重要的意義；另外，流體區(qū)域發(fā)生變化的動網(wǎng)格技術(shù)在其它方面的應(yīng)用也越來越普遍。

1 后處理二次開發(fā)程序的實現(xiàn)

該程序的實現(xiàn)是通過利用CFD-POST 命令流語言并結(jié)合MATLAB 數(shù)據(jù)處理軟件來實現(xiàn)的。CFD-POST 命令流語言所要實現(xiàn)的功能是對某時間片段內(nèi)的命令語言進(jìn)行錄制，且生成的命令流程序可方便地進(jìn)行讀寫操作；還可以對錄制好的命令流程序采用PERL 語言進(jìn)行改寫，實現(xiàn)循環(huán)、邏輯、判斷及控制等功能。PERL 語言吸收了高級語言所具有的強大編程功能與靈活性，同時避免了腳本語言需要編譯器和鏈接器來運行代碼的缺點。其解釋程序是開放源碼的免費軟件，且能夠在絕大多數(shù)操作系統(tǒng)運行。

MATLAB 語言具有強大的文件讀寫能力、數(shù)據(jù)處理和曲線繪制能力。利用該軟件處理CPD-POST的輸出文件，以達(dá)到快速提取目標(biāo)點相關(guān)物理參數(shù)、繪制曲線圖的目的。另外，作為一款強大的數(shù)據(jù)開發(fā)、數(shù)據(jù)可視化以及數(shù)值計算的高級技術(shù)計算軟件，MATLAB 語言具有強大的文件讀寫能力、數(shù)據(jù)處理和曲線繪制能力。文中利用了該軟件處理CPD-POST 的輸出文件，以達(dá)到快速提取目標(biāo)點相關(guān)物理參數(shù)、繪制曲線圖的目的。集成CFD-POST 和MATLAB 兩款商業(yè)軟件，可在一定程度上實現(xiàn)后處理數(shù)據(jù)提取展示工作參數(shù)化和自動化化，從而為結(jié)果文件的開發(fā)利用提取便利。

2 后處理二次開發(fā)的一般步驟

后處理二次開發(fā)程序步驟即輸入文件前處理，相關(guān)點幾何位置的編制、數(shù)據(jù)的提取、數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化、數(shù)據(jù)處理和圖表繪制等工作。該程序涉及到的子程序主要包括批量文件命名程序、批量數(shù)據(jù)提取軟件、批量文件格式修改程序、MATLAB 文件讀入、數(shù)據(jù)處理及曲線繪制文件。

1）原始結(jié)果文件的預(yù)處理。采用批量文件命名程序?qū)υ冀Y(jié)果文件進(jìn)行了命名的統(tǒng)一化操作。由于采用程序化語言對海量數(shù)據(jù)進(jìn)行批量處理，文件名必須具有一定的規(guī)律性，以利于文件的讀入及后續(xù)操作?？蓪央s亂無章名稱的原始結(jié)果文件轉(zhuǎn)化為標(biāo)識文件編號的程序輸入文件。

2）相關(guān)點幾何位置的編制。建立了時間序列、輸入文件編號序列及目標(biāo)點幾何坐標(biāo)序列之間的對應(yīng)關(guān)系。由于目標(biāo)點相關(guān)物理參數(shù)隨時間是規(guī)律變化，但其中某些點在動態(tài)計算中的幾何坐標(biāo)是隨時間變化的，而時間序列并非總是有序變化，因而采用輸入文件編號序列作為自變量編寫幾何坐標(biāo)更合適。

3）數(shù)據(jù)提取。通過CFD-POST 中的命令流語言功能實現(xiàn)數(shù)據(jù)提取，通過錄制命令流程序，并采用PERL 語言進(jìn)行修改，可實現(xiàn)數(shù)據(jù)的快速準(zhǔn)確提取，生成包含目標(biāo)點信息和相關(guān)物理參數(shù)的輸出信息文件（后綴名為.csv）。為提高目標(biāo)點相關(guān)物理參數(shù)的提取速度，在打開一個后處理輸入文件時，所有目標(biāo)點的相關(guān)物理參數(shù)值一并提取并分別輸出。其中通過PERL 語言對命令流程序進(jìn)行修改，實現(xiàn)對數(shù)據(jù)提取工作自動化和參數(shù)化，包括自動化數(shù)據(jù)提取過程，輸出信息文件名稱的參數(shù)化，目標(biāo)點幾何坐標(biāo)參數(shù)化，輸出變量參數(shù)化和輸出路徑參數(shù)化等。

4）數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化。在這部分，筆者編制批量文件格式修改程序，將上一步生成的逗號分隔符文件（后綴名為.csv）轉(zhuǎn)化為文本文件（后綴名為.txt），以便于MATLAB數(shù)據(jù)提取和處理。由于后者更容易被MATLAB 讀入并處理，同時也為多數(shù)編程者所熟知，因此這里進(jìn)行了將文件格式的轉(zhuǎn)化。文件格式批處理程序語句簡單易行，具有較強的可操作性和廣泛的適用性。

3 結(jié)語

綜上所述，文中開發(fā)了一套使用于ANSYS 流體動力學(xué)產(chǎn)品數(shù)據(jù)提取的程序，彌補了后處理軟件CFD-POST二次開發(fā)方面的不足，特別是涉及動網(wǎng)格的目標(biāo)點幾何坐標(biāo)變動的相關(guān)參數(shù)提取方面的不足，并采用實際算例進(jìn)行了驗證。該工作不僅對高壓斷路器滅弧室動態(tài)流場研究具有重要意義，同時作為一種二次開發(fā)程序，在其他領(lǐng)域流場數(shù)值計算的結(jié)果分析中也可借鑒應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1] 張靜，毛子強，楊國來.外嚙合斜齒輪泵內(nèi)部流場仿真與分析[J].液壓與氣動，2014（2）：10-13.

[2] 唐濤.高壓SF6斷路器介質(zhì)恢復(fù)特性及其影響因素研究[D].沈陽：沈陽工業(yè)大學(xué)，2007.

（作者單位：新東北電氣集團高壓開關(guān)有限公司檢修分公司）