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PFC2D&PFC3D系列——为类岩土材料和粒状系统设计的2D和3D微观力学离散元分析软件PFC（Particle Flow Code）是利用显式差分算法和离散元理论开发的微/细观力学程序，它是从介质的基本粒子结构的角度考虑介质的基本力学特性，并认为给定介质在不同应力条件下的基本特性主要取决于粒子之间接触状态的变化，适用研究粒状集合体的破裂和破裂发展问题、以及颗粒的流动（大位移）问题。

与使用FLAC/FLAC3D、UDEC/3DEC不同，PFC不能直接给模型介质”赋”物理力学参数和初始应力条件，所有这些都必须通过不断调整构成模型介质的基本粒子级配组成、接触方式和相应的微力学参数实现。

不同孔隙率下凝灰岩PFC3D模型PFC2D&PFC3D的基本功能：∙介质是颗粒的集合体，它由颗粒和颗粒之间的接触两个部分组成；∙颗粒大小可以服从任意的分布形式；∙接触方式和强度特征是决定介质基本性质的重要因素；∙“接触” 物理模型由线性弹簧或简化的Hertz-Mindlin、库仑滑移、接触或平行链接等模型组成；∙凝块模型支持”奴化” 颗粒或凝块的创建，凝块体可以作为普通形状”超级颗粒” 使用；∙可指定任意方向线段为带有自身接触性质的墙体，普通的墙体提供几何实体；∙“蜂房” 映射逻辑的使用确保了解题时间与系统颗粒数目呈线性（而非指数）增长；∙模拟过程中颗粒和墙体可以随时增减；∙提供了两种阻尼：局部非粘性和粘性；∙密度调节功能可用来增加时间步长和优化解题效率；∙通过能量跟踪可以观察体功、链接能、边界功、摩擦功、动能、应变能；∙可以在任意多个环形区域量测平均应力、应变率、和孔隙率；∙可以实时追踪所有变量并能存储起来和/或绘成”历史” 示图；∙除全动态操作模式外，PFC还提供了准静态操作模式以确保快速收敛到稳定状态解；∙内置接触模型包括：简单的粘弹性模型、简单的塑性模型、以及位移软化模型。

PFC2D&PFC3D的特色：功能强大PFC是以介质内部结构为基本单元（颗粒和接触）、从介质结构力学行为角度研究介质系统的力学特征和力学响应。

PFC ( Power Factor Correction)1-1 PFC 简介如图1-1所示为传统桥式整流滤波电路，交流电压先经过桥式整流器，再经过电容滤波电路以获得后级所需的直流电压；虽然此电路具有成本低与不必经过控制即可得到直流电源的好处，可是这种传统电容滤波式整流电路，其输入电流导通波形却只是瞬间的脉冲而已，根本无法导通成理想的波形，如图1-2所示(v in图1-1 传统整流滤波电路WFM.3 IIN vs. TIME in SecsI I N i n A m p s200100.00-100.0-200V O i n V o l t s图1-2 输入电压、输入电流与输出电压波形由图1-2可知，只有当输入电压超过电容电压时，输入电流才有流动，其输入特性曲线可以表示如图1-3，其中有一段宽度为dc V 2的死带(dead-band)，输入电压值若在这死带中，则没有电流输出，造成输入电流波形失真功率因子(Power Factor)低落，因此造成市电系统营运成本提高与供电质量不佳。

in图1-3 传统整流滤波电路输入电压与电流特性图因此，功因校正的目的就是要提高电源的使用效率，一个理想的功因校正电路，是要使从桥式整流器看进去的输入阻抗为纯电阻性；为了要达成此目的，则必须在电力转换器上或在桥式整流器与电力转换器之间，加入一个高功因校正电路，以便将脉波式电流校正成较完整的正弦波，并且使输入电流与输入电压同相位，使得功率因子提高至0.99以上、减少电源污染，发挥电源最高的效率。

1-2 功率因子之定义早期电力客户端大多为线性负载，因此输入电压波形与输入电流波形只有相位差的问题。

线性负载一般可分成电阻性、电感性及电容性三种。

如图1-4所示为电容性负载电压与电流波形，其中电流波形会领先电压波形；如图1-5所示为电感性负载电压与电流波形，电流波形则会落后电压波形。

就以上两种负载而言，输入功率可表示为θcos rms rms I V P ⋅= (1-1)其中，rms V ：输入电压的有效值；rms I ：输入电流的有效值；θ：电抗组件造成的领先或落后的相位角。

百科名片PFC的英文全称为“Power Factor Correction”，意思是“功率因数校正”，功率因数指的是有效功率与总耗电量(视在功率)之间的关系，也就是有效功率除以总耗电量(视在功率)的比值。

基本上功率因素可以衡量电力被有效利用的程度，当功率因素值越大，代表其电力利用率越高。

一、功率因数校正计算机开关电源是一种电容输入型电路，其电流和电压之间的相位差会造成交换功率的损失，此时便需要PFC电路提高功率因数。

目前的PFC有两种，一种为被动式PFC（也称无源PFC）和主动式PFC（也称有源式PFC）。

1. 被动式PFC被动式PFC一般分“电感补偿式”和“填谷电路式(Valley Fill Circuit)”“电感补偿方法”是使交流输入的基波电流与电压之间相位差减小来提高功率因数，被动式PFC包括静音式被动PFC和非静音式被动PFC。

被动式PFC的功率因数只能达到0.7～0.8，它一般在高压滤波电容附近。

“填谷电路式”属于一种新型无源功率因数校正电路，其特点是利用整流桥后面的填谷电路来大幅度增加整流管的导通角，通过填平谷点，使输入电流从尖峰脉冲变为接近于正弦波的波形，将功率因数提高到0.9左右，显著降低总谐波失真。

与传统的电感式无源功率因数校正电路相比，其优点是电路简单，功率因数补偿效果显著，并且在输入电路中不需要使用体积大重量沉的大电感器。

2. 主动式PFC而主动式PFC则由电感电容及电子元器件组成，体积小、通过专用IC去调整电流的波形，对电流电压间的相位差进行补偿。

主动式PFC可以达到较高的功率因数──通常可达98%以上，但成本也相对较高。

此外，主动式PFC还可用作辅助电源，因此在使用主动式PFC电路中，往往不需要待机变压器，而且主动式PFC输出直流电压的纹波很小，这种电源不必采用很大容量的滤波电容。

1）PFC主电路原理图图PFC主电路原理图如图所示的无损吸收PFC主电路的原理图。

图中B1为整流桥，L1为PFC升压电感，D1为隔直二极管，S1为开关管，C1，C2，D2，D3和D4，L2组成无损吸收网路，C3为输出滤波电容。

定义介绍编辑基本概述计算机开关电源是一种电容输入型电路，其电流和电压之间的相位差会造成交换功率的损失，此时便需要PFC电路提高功率因数。

基本简介为了提高电源的功率校正因数，国家强制电源厂家要为电源安装PFC电路以提高电源的转换效率，其实这一点在Intel的电源设计规范中也已经有了强行的规定。

PFC电路分主动式（有源）PFC和被动式（无源）PFC两种。

2被动式编辑概述一般采用电感补偿方法使交流输入的基波电流与电压之间相位差减小来提高功率因数，被动式PFC包括静音式被动PFC和非静音式被动PFC。

被动式PFC的功率因数只能达到0.7～0.8，它一般在高压滤波电容附近。

被动式PFC电路的结构也较为简单，实际上是一颗矽钢片制成的工频电感，它利用电感线圈内部电流不能突变的原理调节电路中的电压及电流的相位差，使电流趋向于正弦化以提高功率因素。

被动式PFC结构笨重，工作时常带有低频震动并引发低频噪音，相对于主动式PFC电路，被动式PFC电路的功率因数要低得多，一般只有70%左右。

缺点因此被动式PFC电路固有其不可克服的缺点:1、当欧洲EN的谐波规范越来越严格时，电感量产的质量需提升，而生产难度将提高。

2、沉重重量增加电源供应器在运输过程损坏的风险。

3、原料短缺的风险较高。

4、如电源内部结构固定的不正确，容易产生震动噪音。

5、当电源供应器输出超过300瓦以上，被动式PFC在材料成本及产品性能表现上将越突出其不可克服的多种的缺陷。

3主动式编辑电路由高频电感、开关管和电容等元件构成，可简单的归纳为升压型开关电源电路，它能将110V或220V的交流市电转变为380V左右的直流高压。

主动式PFC 电路具有体积小，重量轻，通过专用IC去调整电流的波形，对电流电压间的相位差进行补偿。

主动式PFC可以达到较高的功率因数──通常可达98%以上，输入电压范围宽等优越的电气性能，但成本也相对较高。

此外，主动式PFC还可用作辅助电源，因此在使用主动式PFC电路中，往往不需要待机变压器，而且主动式PFC输出直流电压的纹波很小，这种电源不必采用很大容量的滤波电容。

PFC(颗粒流讲义模拟)课件CONTENTS•颗粒流基本概念与原理•PFC模拟方法与技术•颗粒流在岩土工程中应用•PFC模拟实验设计与操作实践•PFC模拟结果解读与评估•颗粒流研究前沿与挑战颗粒流基本概念与原理01颗粒流（Particle Flow Code，PFC）是一种基于离散元方法的数值模拟技术，用于模拟颗粒介质的力学行为。

颗粒流中的颗粒可以是任意形状和大小的刚性体，通过接触力相互作用。

颗粒流模拟可以揭示颗粒介质在复杂条件下的宏观力学响应和微观机制。

颗粒流定义及特点颗粒流运动方程与力学原理颗粒流中的每个颗粒都遵循牛顿第二定律，即F=ma，其中F为作用在颗粒上的合力，m为颗粒质量，a为颗粒加速度。

颗粒间的接触力包括法向接触力和切向接触力，分别由弹性变形和摩擦产生。

颗粒间的接触力可以通过接触模型（如Hertz接触模型、线性接触模型等）进行计算。

引力和斥力通常与颗粒间的距离有关，可以通过势能函数进行描述。

摩擦力是阻碍颗粒间相对滑动的力，与接触面的粗糙度和法向压力有关。

颗粒间相互作用力包括引力、斥力、摩擦力等，这些力共同决定了颗粒的运动和排列方式。

颗粒间相互作用力分析宏观表现与微观机制联系颗粒流的宏观表现（如流动、堆积、破裂等）是由微观机制（如颗粒形状、排列方式、相互作用力等）决定的。

通过分析微观机制可以揭示宏观表现的内在原因，为优化颗粒流模拟提供指导。

同时，宏观表现也可以为微观机制的研究提供实验验证和理论支持。

PFC 模拟方法与技术0203离散元法的应用领域岩土工程、粉体工程、颗粒流模拟等。

01离散元法基本原理基于牛顿第二定律，通过计算颗粒间的相互作用力来模拟颗粒运动。

02离散元法与有限元法的区别有限元法将连续体划分为有限个单元，而离散元法将研究对象划分为离散的颗粒。

离散元法简介PFC软件功能介绍PFC软件概述PFC是一款专门用于模拟颗粒流的软件，具有强大的计算功能和可视化界面。

软件主要功能建立颗粒模型、设置模型参数、进行模拟计算、输出结果与可视化等。

PFC ( Power Factor Correction)1-1 PFC 简介如图1-1所示为传统桥式整流滤波电路，交流电压先经过桥式整流器，再经过电容滤波电路以获得后级所需的直流电压；虽然此电路具有成本低与不必经过控制即可得到直流电源的好处，可是这种传统电容滤波式整流电路，其输入电流导通波形却只是瞬间的脉冲而已，根本无法导通成理想的波形，如图1-2所示(v in图1-1 传统整流滤波电路WFM.3 IIN vs. TIME in SecsI I N i n A m p s200100.00-100.0-200V O i n V o l t s图1-2 输入电压、输入电流与输出电压波形由图1-2可知，只有当输入电压超过电容电压时，输入电流才有流动，其输入特性曲线可以表示如图1-3，其中有一段宽度为dc V 2的死带(dead-band)，输入电压值若在这死带中，则没有电流输出，造成输入电流波形失真功率因子(Power Factor)低落，因此造成市电系统营运成本提高与供电质量不佳。

in图1-3 传统整流滤波电路输入电压与电流特性图因此，功因校正的目的就是要提高电源的使用效率，一个理想的功因校正电路，是要使从桥式整流器看进去的输入阻抗为纯电阻性；为了要达成此目的，则必须在电力转换器上或在桥式整流器与电力转换器之间，加入一个高功因校正电路，以便将脉波式电流校正成较完整的正弦波，并且使输入电流与输入电压同相位，使得功率因子提高至0.99以上、减少电源污染，发挥电源最高的效率。

1-2 功率因子之定义早期电力客户端大多为线性负载，因此输入电压波形与输入电流波形只有相位差的问题。

线性负载一般可分成电阻性、电感性及电容性三种。

如图1-4所示为电容性负载电压与电流波形，其中电流波形会领先电压波形；如图1-5所示为电感性负载电压与电流波形，电流波形则会落后电压波形。

就以上两种负载而言，输入功率可表示为θcos rms rms I V P ⋅= (1-1)其中，rms V ：输入电压的有效值；rms I ：输入电流的有效值；θ：电抗组件造成的领先或落后的相位角。

二、无源PFC电路工作原理介绍图1示出一个不含PFC的标准型电源电路的输入电压Vm和输入电流Im波形,Im只在Vm为正最大和负最大的一小段时间内流通,在这些时间以外,Im为零。

这是因为此时的正弦电压输入值小于泸波电容上的电压,导致整流二极管不导通的缘故。

图1标准型电源中的输入电压和电流为了在图1中获得一个形似Imp的电流,我们引入充电泵的概念,即它的作用就是能够让输入电流从低压端流向高压端。

图2示出一个简单的充电泵电路。

图中电容C1受直流电压V1充电,电容C2则受直流电压V2充电。

V1小于V2,在V1和V2之间的充电泵电路是由二个二极管D1和D2以及电容C3组成,电容C3相对于C1和C2都较小,从电压源V3进来的脉冲通过电容C3后加到D1和D2的连结点上。

如果脉冲V3的幅度大于差值(V2－V1),那么就有图2充电泵电路图3RCD缓冲电路图4PFC充电泵电路可能让电流I1从较低的V1流向较高的V2。

在每一周期内通过电容C3上的电荷Q3为:Q3=C3×(V3－(V2－V1))=C3×(V3＋V1－V2)假设V3的脉冲频率为f3,则充电泵的电流I1为:I1=C3×f3×(V3－V2＋V1)如果电压V1不是DC电压而是一个已整流的脉动电压,并且如果V3=V2,则由上式可知电流I1会是一个正弦波。

图3示出基于TDA16846的反激式标准型开关电源电路,它含有一个常规的RCD缓冲电路用以消除开关管T漏极上的电压过冲。

其实这个RCD缓冲电路完全可以用在图4中示出的一个由电感L,电容C及二极管D组成的充电泵电路所代替。

这个充电泵电路是插入在桥式整流器（BR）,初级电容CP的正极和开关晶体管T漏极之间。

现在BR代替了图2中的二极管D1，电感L的放入是为了避免功率管T 导通后从Vmr产生大幅度电流脉冲对电容C充电。

图2中的脉冲电压源V3现在由开关管漏极电压Vt代替。

由于充电泵电路不仅具有PFC功能而且兼有缓冲器功能,因此图3中的RCD缓冲电路不再需要。

目录第1章 PFC技术原理简介 (1)1.1 功率因数 (1)1.2 功率因数过低原因 (1)1.2.1 容性负载或感性负载 (1)1.2.2 大滤波电容 (2)1.3 功率因数校正 (3)1.3.1 主动式PFC原理 (3)1.3.2 被动式PFC原理 (3)1.4 总结 (4)第1章PFC技术原理简介1.1 功率因数现在社会大多数的能量通过交流电来传输，传输能量的效率称为功率因数（power factor）。

功率因数表现为负载的视在功率除以平均功率。

视在功率通过对电压和电流分别实时采样，将得到的值相乘来计算。

对正弦波来说，如果电压和电流的波形的相位相同，那么功率因数就为1。

功率因数为1表示传输功率的效率最好。

当电压和电流的相位关系变化时，功率因数将随之减小，如果继续增加电压和电流的相位差达到90度，此时功率因数为0。

在这个条件下，平均功率除以负载功率为0（意味着负载没有消耗功率），但是电流仍然在电力线上流动，由于电力线上存在电阻，从而导致电能白白耗费变成热能。

图1.1 传输线上的热量损失所以，如果用户的设备的功率因数很差，支付的电费只是视在功率，而在电力线上消耗的电能只能由供电公司支付。

为了解决这个问题，供电公司会监测用户位置的功率因数，如果用户的功率因数太低，将会被供电公司的罚款。

1.2 功率因数过低原因1.2.1 容性负载或感性负载PFC即功率因数校正。

功率因数源于基本的交流电路原理。

当正弦交流电源给感性或容性负载供电时，负载电流也是正弦的，但是比输入电压滞后或超前一定的角度χ，若输入电压有效值为V i，输入电流有效值为I i，则电网的视在功率为V i I i。

但实际传递到负载的功率只有V i I i cosχ，与负载电压同相位的输入电流分量（I i cosχ）向负载提供功率。

与负载的电压垂直的输入电流分量（I i cosχ）不向负载提供功率。

如错误！未找到引用源。

所示。

这表现为负载从输入电源抽取功率并暂时存储在负载的感性/容性元件里，而在随后的时间内，存储的电流或能量回馈到输入电源。