电爆炸丝1维磁流体模型数值模拟

给出了电爆炸丝1维磁流体模型的具体描述和基本方程,并利用数值方法求解。通过对含电爆炸丝断路开关的电感储能脉冲功率电路模型的计算,给出了电爆炸丝电流、电压随时间的变化,以及电爆炸过程中丝的密度空间分布,膨胀半径随时间的变化,讨论了电爆炸丝长度和初始电压对电爆炸丝电流、电压的影响。

内齿轮电火花磨齿中放电通道的磁流体模型的研究

本文以微观角度研究内齿轮电火花磨齿任意啮合放电处形成的放电通道中等离子体的运动规律，首次将齿轮啮合理论与电加工理论有机结合，共同描述内齿轮电火花磨齿的放电机理。关键词：内齿轮、电火花、放电通道，磁流体模型。

大电流真空电弧磁流体动力学模型与仿真

为了对大电流真空电弧进行深入研究,以真空电弧双温度磁流体动力学模型为基础,通过计算流体动力学软件FLUENT,采用控制容积法,对大电流真空电弧特性进行了仿真研究。对于大电流真空电弧而言,等离子体的流动处于亚音速状态,因此,在阴极和阳极边界条件的选择上将区别于超音速流动的真空电弧。同时对等离子体密度、轴向电流密度、等离子体速度、马赫数、离子温度、电子温度、离子压力、等离子体压力以及注入阳极的能流密度分布的形成机理进行了分析。从仿真结果可以发现,大电流真空电弧等离子体压力的最大值出现在阴极附近,等离子体将在压力梯度的作用下从阴极到阳极做加速运动,这一点明显区别于超音速流动的真空电弧。另外,仿真结果与高速CCD照片也是吻合的。

基于非线性浅水模型的铝电解磁流体动力学计算

基于铝电解槽内流体体系及电磁场分布特点,建立了非线性磁流体动力学浅水模型,并应用此模型对某300 kA电解槽的熔体流场及铝液-电解质界面波动进行瞬态数值研究。在此基础上,通过动力学计算分析极距及铝液区垂直磁场对磁流体稳定性的影响。结果表明:随着极距的减小,界面波动由稳定趋向于不稳定;减小铝液区的垂直磁感应强度能大幅提高磁流体的稳定性。

基于微扰守恒模型的磁流体模拟并行计算

基于微扰形式的守恒磁流体方程,采用基于通量向量分裂(FVS)以及加权本质无振荡格式(WENO)的有限差分方法,发展了平板位形下的非线性磁流体模拟程序。程序准确地模拟了开尔文-亥姆霍兹不稳定性和单撕裂模不稳定性。采用MPI和Open MP的并行计算框架,使得程序可以在多节点上运行。在并行计算过程中采用负载均衡化,对各个节点计算量进行动态分配,提高了计算效率。

半导体磁流体动力学模型经典解的整体适定性

研究一类半导体磁流体动力学模型,它是由关于电子的质量和速度的守恒律方程耦合Maxwell方程构成的流体动力学方程组.在小初值条件下,运用经典的双曲能量方法,得到了磁流体动力学模型Cauchy问题经典解的整体适定性.

基于流体-磁流体-粒子混合方法的高空核爆炸碎片云模拟

提出了描述高空核爆炸碎片云运动的流体-磁流体-粒子(particle-in-cell,PIC)混合模型,相较目前的主流模型,该模型能够计算更加广泛的空间尺度.根据碎片云运动涉及的高温离子、低温离子和中性大气的不同性质,采用三种模型进行联合求解:高温离子用PIC粒子模型计算,低温离子用磁流体模型计算,中性大气用流体模型计算,并将三者之间的相互作用作为源项加入相应的控制方程.最后,计算了美国Starfish试验中碎片云的扩展情况,与试验结果进行了比对,并验证了求解方案的可靠性.此外,还给出了不同投影角度下碎片云形状随时间的变化,并分析了影响碎片云运动的主要因素,包括大气阻力、磁压、槽型不稳定性和霍尔电流等.

中频真空电弧边缘击穿现象及仿真研究

为深入掌握航空变频(360~800 Hz)电力系统中真空电器电弧特性,该文围绕中频灭弧室弧后发生的边缘击穿现象,以双温磁流体动力学仿真结合实验的研究方法,得到了以下结论:中频真空电弧离子数密度的最大值为2.6×10^(19)m^(-3),离子温度的范围为0.30~0.91eV,电子温度的范围为1.50~2.43 eV;电子与离子之间存在能量交换,电子温度的变化会引起离子温度的变化;最高离子温度出现在阳极触头边缘处,与实验发现的边缘击穿位置重合,证明了此处确实存在能量集中;中频真空电弧是超声速流体,速度在边界处减慢,根据动能热能互换原理,中频真空电弧的质量流运动规律是边缘击穿的本质原因。

中压电缆瞬时电弧击穿故障行波测距研究

中压电力电缆瞬时性电弧可为永久性故障提供预警。为研究中性点经低电阻接地系统的电缆瞬时性电弧故障信号与行波测距,提出一种基于磁流体动力学与曲线拟合的电弧非线性时变电阻等效方法。首先,通过多物理场仿真获取瞬时性电弧的信号与燃弧时长,并分析电导与温度变化。然后,对电导变化曲线进行拟合,获取数学解析式,构建中性点经低电阻接地的10 kV电缆线路模型,使用可变电阻元件代替电弧,并通过解析式计算得到等效电阻。最后,对电缆线路的瞬时性电弧故障信号进行仿真,并通过监测电缆双端金属屏蔽层电流行波,基于小波变换提取行波到达时间,实现故障点定位。通过仿真分析,结果表明该方法定位误差小于0.5%。

冲击电弧作用下C_(4)F_(7)N/CO_(2)气体灭弧性能仿真分析

C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体是目前最有潜力替代SF 6的气体之一。为了探讨C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体的灭弧能力,文中根据电弧能量平衡理论,建立电弧能量平衡方程组,获取管道内部超压随时间的变化规律。同时,基于磁流体动力学模型,使用COMSOL Multiphysics软件建立压爆气流防雷间隙灭弧结构的二维磁流体模型,在雷电流幅值为4 kA的条件下,对管道内不同比例C_(4)F_(7)N/CO_(2)混合气体在冲击电弧作用下的熄弧特性进行仿真分析。基于上述方法,结合电弧能量平衡理论,分析模型中电导率、速度以及压强的变化规律。与理论结果对比分析得出:同一工况条件下,20%C_(4)F_(7)N/80%CO_(2)的灭弧性能较优,其次为10%C_(4)F_(7)N/90%CO_(2)与5%C_(4)F_(7)N/95%CO_(2),并且熄弧时间符合气吹灭弧的要求。

配用CuCr合金电极的真空介质开关电弧阳极热过程分析

真空介质开关电弧的主要成分源于故障电流开断过程中触头电极在极间产生的金属蒸气,且真空电弧的微观动力学行为直接影响开关的开断能力。文章通过建立真空介质电弧双温磁流体动力学模型,研究配用不同配比CuCr合金触头电极材料的真空介质开关在故障电流开断下阳极热过程的变化情况,得到阳极触头表面温度和熔池范围沿径向和轴向的分布。仿真结果表明,开断故障电流的增大及电极合金材料中Cu含量的增大均会导致输入阳极的能流密度增大。在200 A电弧电流作用下,阳极表面温度未达到CuCr合金的熔点,未发生熔化;而在6 kA电弧电流作用下,阳极温度先后达到Cu和Cr的熔点,电极熔化程度随合金中Cr含量的增大而减弱。

爆轰气流耦合电弧的仿真与试验

为了有效地防止输电线路雷击跳闸,研究了一种主动、快速截断电弧的爆轰气流灭弧防雷装置,该装置并联安装在绝缘子两端,当发生雷击时,上下电极之间产生工频电弧,同时信号采集装置采集到雷电脉冲,雷电脉冲触发灭弧能量团爆炸产生的爆轰气流熄灭电弧。通过运用软件AUTODYN仿真分析得到近似理想状态下爆轰气流灭弧防雷装置在0.08 ms以内熄灭电弧;搭建试验电路进行灭弧试验,用摄像机观测得出爆轰气流灭弧时间为0.4 ms。仿真与试验得出的灭弧时间都小于继电保护动作的时间,从而说明爆轰气流灭弧装置具有良好的熄弧特性。

真空开关电弧开断过程的数值仿真方法研究进展

随着真空开关的广泛应用,对真空电弧的研究愈显重要。由于真空电弧等离子体并未处于局部热力学平衡态,且磁场和触头起关键作用,真空开关开断过程的数值仿真和SF6开关相比尚不成熟,但近年来随着真空电弧理论的不断完善和计算机计算能力的大幅提升而获得了迅速发展。笔者综述了磁流体动力学(MHD)模型、粒子模拟结合蒙特卡罗碰撞(PIC-MCC)方法、混合模型、阳极热模型和解析模型在真空开关电弧开断过程不同阶段数值仿真中的应用现状,并提出了电流零区、电极材料、极间等离子体不同区域相互作用、PIC-MCC加速、高压大容量和重燃机制等6个今后有待深入研究的方向。

基于MHD的小间隙真空电弧仿真研究

真空开关电弧电流过零前的电弧等离子体状态对真空开关能否顺利开断具有十分重要的影响。本文在建立小间隙真空电弧磁流体动力学(MHD)模型的基础上,采用通用计算流体力学仿真软件对电弧电流过零前0.5 ms时的电弧等离子体的特性进行数值仿真研究。计算得到了真空电弧等离子体压力、等离子体密度、离子纵向速度、阳极表面纵向电流密度和电弧电压等的空间分布。仿真结果表明:从阴极到阳极,真空电弧等离子体压力和密度逐渐增大,而等离子体速度逐渐减小;阳极表面电流密度存在较大径向梯度,最大值低于形成阳极斑点的极限收缩电流,阳极仍不活跃。仿真得到的等离子体密度分布与高速摄像机拍摄得到的CMOS图像光强基本吻合,计算得到的电弧电压与测得的电弧电压是一致的,从而验证了本模型的可行性。

低压断路器电弧仿真试验和研究

介绍了二维电弧磁流体动力学模型的建立方法,分析了产气材料、金属蒸汽、灭弧室结构等不同因素对电弧特性的影响。仿真试验结果验证了仿真方法和模型的正确性,为低压电器灭弧室的优化设计提供了理论基础。

燃弧参数对小间隙真空电弧特性的影响

阳极表面能流密度(EFD)分布可以表征极间等离子体对阳极的加热作用,是重要的真空电弧特性参数。为此,在前期建立的真空电弧磁流体动力学(MHD)模型的基础上,引入边界条件,计算了小间隙中超音速电弧和亚音速电弧的阳极表面能流密度参数,并进一步分析讨论了电弧电流、触头开距、触头半径和纵向磁场(AMF)等燃弧参数变化对该参数的影响。研究结果表明:1)当电弧电流增大时,上述参数均增大,且向弧心收缩加剧,亚音速电弧收缩更加明显;2)当触头开距增大时,上述参数也向弧心区域逐渐收缩;3)当触头半径增大时,上述参数均逐渐减小,且沿径向分布越来越均匀;4)当纵向磁场增大时,上述参数的径向分布越来越平缓。上述燃弧参数变化对阳极表面能流密度的分布均有影响,因此,减小触头开距、增大触头半径和纵向磁场均能抑制阳极表面能流密度的收缩,减少输入阳极的能量,提高真空开关开断性能。

考虑Ag触头蒸发烧蚀条件下的航天继电器分断电弧特性的研究

建立了考虑Ag触头材料烧蚀作用的航天继电器分断电弧的磁流体动力学模型。研究了Ag触头蒸汽和氮气均匀混合且各向同性条件下,静态电弧温度场、电弧电压等特性和Ag蒸汽比例之间的关系。分析了Ag蒸汽通过改变电弧等离子体电导率和热导率从而影响电弧特性的机理。同时,研究了Ag蒸汽在电弧中扩散作用时分断过程中动态电弧温度场、Ag浓度分布及触头烧蚀过程等,给出了分断电流的大小对Ag蒸汽质量浓度及触头单次分断烧蚀量的影响规律。最终,通过拍摄Ag原子发射光强,定性证明了电弧中Ag蒸汽浓度仿真结果的正确性。

电流强度对真空电弧收缩现象影响的仿真研究

本文以双流体模型和麦克斯韦方程为基础,推导并建立了真空电弧的三维磁流体动力学(MHD)模型。通过对该模型的求解,得到等离子体压力、密度、速度和马赫数等真空电弧的重要属性参数。通过对不同开断电流下真空电弧等离子体的电流密度的仿真研究,揭示了开断电流的大小对于真空电弧的收缩程度具有影响作用。

低压电器仿真与数字化设计技术的进展

实现节能减排要求开发小尺寸、高性能的低压电器,也促进了仿真与数字化设计技术的进展。当前低压电器的仿真技术正向多场域综合仿真、磁流体动力学电弧数学模型的应用、低压断路器分断全过程仿真等几个方面发展,并严格按国家标准要求进行;最后用实例辅以证明。