半密闭腔室内冲击闪络电弧观测及弧后气体逸散过程研究

多腔室灭弧装置可保护绝缘子、抑制故障电弧存续,具有成为配电网线路防护增补措施的潜力。半密闭腔室作为多腔室灭弧装置的基本单元,腔室内冲击闪络电弧演变进程尚缺乏完备的观测手段和针对不同电极结构的直观对比,以及弧后气体状态的量化分析。为进一步完善半密闭腔室内电弧演变过程观测方法,优化结构设计,该文搭建了用于观测半密闭腔室电弧及弧后气体演变的高速纹影系统,对比分析了开放气隙与半密闭腔室气隙、U型电极和球形电极下半密闭腔室内冲击闪络电弧演变过程,根据纹影图像数据定义密度恢复率,并采用光流法探讨了弧后气体逸散过程中气体密度恢复和速度场分布。电弧演变过程的纹影图像表明,半密闭腔室较开放气隙具有主动“吹弧”作用,由于自感应磁场的分布差异,U型电极较球形电极加速腔室内电弧运动;弧后气体演变为近似涡环结构,促使腔室出口邻近区域气体密度率先恢复,空气自恢复能力得到提升。

影响半密闭腔室弧后气体绝缘恢复的涡环现象观测与分析

多腔室灭弧间隙在配网防雷中受瞩目,其工作时电弧喷出与空气对流换热成气体射流,射流与周围流体速度差形成剪切层,进而可能演变为涡环结构,促进弧后气体冷却与绝缘恢复。涡环形成受腔室结构影响,优化结构可提高涡环形成概率,增强灭弧效果。因此,通过搭建纹影观测平台观测弧后气体的逸散过程,研究了不同腔室结构参数对弧后气体涡环形成以及气体密度恢复的影响,分析了涡环对于促进弧后气体冷却的效果。基于纹影观测结果,采用有限元仿真分析软件,仿真分析了弧后气体涡环的形成过程。仿真结果证明了合理设置腔室出口直径可增大弧后气体涡环的形成概率,涡环夹带环境冷空气进入弧后气体热核,促进弧后气体的冷却与绝缘强度恢复。

密闭腔室火灾温度的大涡模拟

应用大涡模拟方法模拟全尺寸的密闭腔室火灾场景。提出应用平均燃烧效率的概念模拟密闭腔室火灾的方法,选取平均燃烧效率为0.75进行大涡模拟,得到密闭腔室室内温度场以及烟气运动的模拟数据。通过分析密闭腔室内竖直方向上的温度分布,发现在竖直方向上存在温度分层现象。将模拟结果与实验数据进行对比可以看出,大涡模拟可以较好地模拟密闭腔室内火灾的发生发展情况。

半密闭灭弧腔室内电弧运动特性的三维仿真和实验

在配网线路防雷中,利用多个半密闭灭弧腔室串联将长空气间隙电弧分段淬灭的多腔室灭弧结构因其优异的灭弧性能,受到学者的广泛关注。在应用于配网线路雷电防护时,多腔室灭弧结构中的气体间隙被击穿后,冲击电弧在半密闭灭弧腔室内的运动特性直接影响该结构的灭弧性能。为了研究冲击电弧在灭弧腔室内的运动特性,该文将气流场、流体传热场、电磁场多场全耦合,建立单个半密闭灭弧腔室内冲击电弧的三维数值仿真模型,分析电弧从腔室内运动到腔室外的动态演变过程;搭建冲击电流试验平台,利用高速摄像机拍摄了电弧从腔室内运动到腔室外的图像,分析电弧运动图像的特征。结果表明,仿真得到的电弧完全运动到腔室外的时刻和电弧完全熄灭的时刻与试验图像特征吻合,验证了仿真模型的准确性;得到了腔室内电弧温度、腔室内压强和气流速度随时间整体呈现先急剧增加后缓慢减小的趋势;当电弧电流为波形8/20μs、幅值2kA时,腔室内的电弧温度最高可达41000K,压强最大达2MPa,气流速度最大达3000m/s。

一种用于纸盘的气动夹紧装置

KDF2滤棒成型机组的纸盘架装置采用螺母锁紧定位,更换盘纸时操作不便、劳动强度较大且在较长时间使用后定位不准确,为此对纸盘架装置进行了改进,在不改变原有机座的情况下,通过对原有零件进行改进,设计一种气动夹紧装置,它包含用于控制气体进出的控制部件,用于形成密闭气体回路的储气部件,以及用于纸盘松紧的夹紧部件,它的主要原理是利用密闭回路中恒定的气压来实现夹紧的,它主要用在KDF2滤棒成型机上,实现对纸盘的自动装夹,提高KDF2的自动化程度,减轻操作者的劳动强度。