基于FEM-FCT法的均匀电场下SF_6气体击穿特性

研究SF6气体放电过程中微观粒子的动力学特性,可以得到临界击穿场强等衡量气体绝缘能力的宏观参量,这些宏观参量对高压开关设备的设计和研发有重要作用.为此,根据流注理论建立了反映气体放电过程中微观粒子动力学特性的流体动力学模型,将有限单元法与通量校正传输法相结合,求解均匀电场下极间隙为0.5 cm时SF6气体的放电特性,得到了放电过程中带电粒子的动力学行为以及空间电荷对电场的影响.通过循环计算均匀电场中不同电压下SF6气体的放电过程,得到其临界击穿场强.在此基础上,计算不同压强下SF6气体的临界击穿场强,通过与已有的均匀电场中SF6气体临界击穿场强实验值进行对比,验证计算结果的准确性,并分析气体压强对SF6气体击穿特性的影响.计算结果表明：当压强为0.1 MPa时,极间距为0.5 cm的SF6气体在39 kV的外电压下发生击穿,间隙内的电场在6.8 ns时开始发生畸变,此时电子数密度最大值达到2.7＆#215;1017 m-3,随后SF6由绝缘状态发展为导电状态;当气体压强为0.1～0.4 MPa时,SF6的临界击穿场强与气体压强基本呈线性关系.数值计算结果与实验值基本相符,验证了其正确性.

FCT有限元法数值求解三维可压缩高速无粘流问题

从Ｅｕｌｅｒ方程出发，利用流量修正有限元法（ＦＥＭＦＣＴ）求解三维无粘流动的高速流场。通过对圆球、简化航天飞机和双子星座飞船返回舱外形的数值模拟证明，这种方法对激波有较高的分辨能力，是一种有效的方法。

同轴场域SF_6/N_2混合气体电晕放电特性的仿真研究

采用SF6/N2混合气体绝缘介质的气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)作为电缆和架空线的有效补充,将在电力发展中起到重要作用。为更好地理解其放电特性,建立了同轴电场中流注电晕放电的二维流体模型,综合考虑了SF6/N2混合气体放电过程中空间光电离与阴极光发射作用,采用有限元-通量校正传输法(FEM-FCT)求解。仿真表明:流注电晕对空间电场有均匀作用,外施电压幅值低时流注电晕经过一段时间后会消失,幅值高时流注电晕容易发展为不稳定放电;SF6/N2混合气体起始放电时间较SF6气体迟,但绝缘性能较差;空间光电离作用强于阴极光发射的作用。

均匀电场下SF_6气体击穿电压的数值计算及光谱实验研究

根据流注理论建立反映SF_6气体放电过程中微观粒子动力学特性的流体动力学模型,将有限单元法（finite element method,FEM）与通量校正传输法（flux corrected transport,FCT）相结合,通过循环迭代求解气体的放电过程,得到其击穿电压及空间电子数密度分布。为了证明上述方法的正确性,以均匀电场中气体间隙5mm为例进行数值计算,并通过搭建气体放电光谱实验平台,测量其击穿电压以及导电通道内的等离子体谱线信息,采用Stark展宽法及光强比值法对谱线进行分析,得到电子数密度等参量。在此基础上,分析气体压强对击穿电压及等离子体导电通道内电子温度、电子数密度的影响,建立宏观参量与微观参量的对应关系。研究结果表明：当气压为0.1~0.4 MPa时,SF_6的击穿电压与压强基本呈线性关系,计算结果与实验值随气压的变化趋势一致,但存在一定误差,最大误差为15.51%。电子温度随气压的升高而逐渐下降,0.4 MPa时降低到3.68×10~4K。等离子体导电通道形成时,空间电子数密度分布均匀,计算得到的平均值与实测数据均随压强的升高而增大,其最大误差为17.02%。所得的实验数据能够在一定程度上验证计算方法的正确性。

一种四面体网格局部自适应方法在有限元中的应用

通过提出一种针对三维四面体网格的区域整形技术，给出了一种简便实用的四面体网格局部自适应加密方法，并将其与流量修正有限元法结合。

低SF_6含量混合气体电晕放电特性仿真研究

低SF6含量混合气体绝缘介质最有可能替代SF6气体应用于气体绝缘设备中。本研究采用有限元-通量校正传输(FEM-FCT)法求解低SF6含量的SF6/N2混合气体二维流注电晕放电的数学模型,考虑了空间电荷对场域的畸变作用,研究了SF6/N2混合气体二维流注电晕的放电特性,展示了流注电晕放电发展过程中间隙内部各种带电粒子浓度和空间电场的分布。仿真表明:棒-板间隙中空间光电离对流注电晕发展的影响强于阴极光发射;外施电压幅值小时,流注形成和发展速度较慢,流注电晕相对稳定。