基于有限元法的高压SF6断路器三维电场分析

为了满足多介质复杂结构三维电场逆问题对三维电场数值计算提出的高精度和高效率的要求,以有限元方法为基本理论,编制了基于四面体网格剖分的三维电场有限元计算平台.运用计算平台对高压SF₆断路器灭弧室内的三维电场进行了准确计算,根据灭弧室内的电场分布对动触头结构进行优化分析,得到了高压SF₆断路器内部等位线分布图、等电场强度分布图和不同动触头结构下的最大电场强度值.算例计算结果证明了该计算平台能被应用于三维电场逆问题的求解.     

超高压断路器出线套管电场数值计算与绝缘分析

以800 kV罐式SF₆断路器为主要研究对象,根据超高压断路器产品的技术要求,针对断路器出线套管初步设计结构,在满足产品技术条件和工程要求前提下,进行基于电场数值求解绝缘性能分析.建立了断路器出线套管轴对称电场数学模型,并进行了出线套管场域电场数值模拟及可视化处理,确定了800 kV罐式SF₆断路器出线套管绝缘设计结构,为产品开发提供数值实验基础.     

SF6发电机保护断路器液压机构特性研究

以SF₆发电机保护断路器为研究对象，以机械动力学、流体力学、数值求解技术以及计算机技术为支撑，根据能量守恒定律和贝努利方程及气流特性建立了配氮气储能液压机构的压气式SF₆发电机保护断路器操动机构和灭弧室联合模拟的数值计算模型.并对此进行了程序设计，得出空载及有载开断过程中断路器机构运动特性和灭弧室气体压力特性，可提高断路器操动机构动作的可靠性，为提高断路器开断能力提供理论参考.     

SF6断路器磁流体二维电弧模型化与仿真

为反映SF₆断路器在短路开断过程中电弧与气流的作用,以磁流体力学理论为基础建立了SF₆电弧二维物理数学模型,考虑了电场、磁场、湍动气流场及辐射场间的耦合作用及SF₆气体物性参数随吹弧气流温度与压力变化对电弧等离子体的影响.采用有限体积法对SF₆断路器短路大电流开断时的稳态电弧进行数值仿真,定量分析了SF₆电弧与电磁及可压缩、有粘、有源、湍动气流间的相互作用.研究发现,电弧提高了灭弧室喷口上下游气流的压力差,并且电弧半径也因自身电磁力的作用而不断变化,在喷口喉部较大,而在电极附近较小.     

自能SF6断路器冷气流开断压力特性

为了解决自能式SF₆断路器在开断容性小电流时由于电弧能量较小、喷口堵塞效应不明显而出现开断困难的问题,以自能式SF₆断路器为研究对象,根据场域数值模拟对冷气流开断下压力特性进行分析.采用柱坐标系下二维N-S方程描述气流参数变化,建立轴对称数学模型.利用有限体积法,结合实测触头分闸速度特性曲线进行冷气流开断气流场模拟.在喷口附近不同区域设置压力监测点,定量分析监测点处压力特性.研究表明,喷口上游压力变化直接影响断路器开断性能,长喷口结构对于灭弧室内压力下降有明显抑制作用.     

550 kV超高压SF6断路器喷口研究

开断与关合性能是高压断路器的最基本性能，也是最为重要的研究内容.断路器喷口对开断与关合性能影响很大，喷口是决定特高压断路器开断性能的关键部件，也是特高压断路器设计的核心.以550 kV SF₆断路器为研究对象，对超高压断路器喷口制造工艺进行深入研究，实现超高压断路器用喷口的制造.     

高压SF6断路器三维动态电弧仿真

为了研究高压SF ₆断路器在短路开断过程中电弧的变化情况,建立了三维能量源动态电弧模型和三维气流场模型.考虑到电流变化对整个气流场中压力、温度以及电弧形态的影响,将电弧模型、旋气式断路器气流场模型以及触头的机械运动通过计算机耦合并行求解,对电弧与气流场的共同作用进行分析.仿真结果表明,该电弧模型可以反映出电弧从燃烧到熄灭过程的形态变化和能量逸散过程,得出了电弧和熄弧期间喷口压力的变化规律.     

基于交互技术与区域识别的电器电场求解器研究

将自带交互式绘图功能与区域识别相结合，并基于有限元数值求解技术，构建电器电场求解器.该求解器包括前处理模块、电场数值计算仿真模块以及后处理模块.其中，前处理模块可通过初始剖分节点数据排序算法有效实现基于场值和位值的有限元网格剖分单元的自动加密与调整，以提高电场数值求解的效率.并将电场求解器应用于实际断路器产品电场数值计算与分析中，形成了一套可进行多重介质复杂结构的电器电场求解器，为电器电场的数值实验研究提供了可实现的交互式平台.     

多段翼型结冰数值模拟研究

文章采用计算流体力学方法对多段翼型进行了结冰数值模拟研究。应用多块网格技术生成多段翼型网格。引入水滴流场的概念,通过求解空气-水滴两相流场的欧拉方法,获得翼型表面水滴收集特性。流场采用有限体积法及LU-SGS隐式时间推进数值求解,运用流场分区求解算法,完成了多段翼型绕流流场及水滴流场的数值求解。建立了冰层的法向增长模型,对冰形进行了预测。     

典型护卫舰飞行甲板空气流场数值模拟

为研究护卫舰飞行甲板气流场特性,获得较高精度的流场数据用于飞行仿真,利用FLUENT对孤立简化护卫舰进行数值模拟.通过合理的网格划分以及对求解方法的验证,讨论了不同网格形式及雷诺数对计算结果的影响,分析了不同湍流模型对于舰船流场计算适用性,准确捕捉了飞行甲板处涡脱落频谱特征,提高了舰船气流场计算数据精确度.研究结果表明,对于一些精确度要求较高的舰船流场计算,ILES模型较为合适.     

SF_6新型断路器的弧后介质绝缘强度的分析

对一种新型断路器的结构特点、灭弧原理及开断过程中两腔的压力、温度和气流量进行计算 分析与研究运用气体放电理论对触头间隙内ＳＦ_６的数密度分布特性进行计算,并对该断路器的 弧后介质绝缘强度进行综合分析。     

SF_6压气式灭弧室冷态气流场与介质恢复强度计算

提出了变形流体网格两步法并对可压缩气体非稳态控制方程进行了数值求解,此方法可解决 跨音速、冲击波共存的情况．对ＳＦ_６断路器开断过程中灭弧室内粘性气体的流动特性进行了数值计 算,给出了在触头开断过程中气流特性的分布情况,解决了ＳＦ_６断路器灭弧室内具有大畸变的粘性 流体的数值计算．并对灭弧室开断小电容性电流后的介质恢复强度进行了计算．     

高压SF6断路器灭弧室电场逆问题求解研究

采用有限元法对高压SF6断路器灭弧室内电场分布进行数值仿真求解,计算分析了灭弧室内部动、静触头在开断过程中不同行程下电场分布情况，得到了全场域最大场强所在位置，以及动、静主触和弧触沿面场强分布，研究了灭弧室内部绝缘的主要影响因素，并将仿真结果进行可视化处理.在此基础上进行电场逆问题求解，实现灭弧室内部结构优化设计.在优化设计中分别采用零阶方法和一阶方法，以动、静触头几何结构为优化设计变量，以灭弧室内部最大场强最小为优化目标函数，循环迭代次数为停止准则，进行灭弧室电场逆问题研究.并将优化结果与产品结构进行对比分析，证明了优化设计的可行性和有效性.     

发电机保护断路器三相对称短路暂态电磁分析

对我国首次设计的ＳＦ６中等容量发电机保护断路器三相短路条件下瞬态电磁特性进行了研究，分析了此条件下的封闭式中等容量发电机保护断路器邻相电流产生的剩余磁场强度和断路器导电部分电动力，应力，外壳电动力及外壳应力。     

直流真空断路器弧后介质恢复特性影响因素分析

直流真空断路器采用人工过零的方式实现故障开断,是当前直流系统兼具经济性与可靠性的控保方式之一,其弧后介质恢复特性是判定故障开断成功与否的关键条件。为探究直流真空断路器电磁与机电参数耦合作用下介质恢复特性的影响因素,本文基于连续过渡模型、能量守恒定律和电荷守恒定律,建立了零区带电粒子数密度计算模型,研究了触头型面参数和零前电流下降率影响下的零区带电粒子数密度分布;通过搭建12 kV直流真空断路器配永磁斥力机构运动特性测试平台,实验测得机构位移-时间特性曲线,研究了短路开断电流、零前电流下降率和换流投入时刻影响下的零区极间距分布。在此基础上,基于漂移扩散方程、Maxwell-Stefan方程和泊松方程,建立了弧后鞘层发展模型,以求得电磁与机电参数影响下的电场强度最大值;并与零区金属蒸气压和短路开断电流影响下的临界击穿电场强度进行对比分析,进而评估不同换流投入时刻、零前电流下降率、暂态电压上升率、触头直径下的弧后介质恢复强度。此外,求得了直流真空断路器可靠开断时零前电流下降率和换流投入时刻的极限安全域,以及电磁与机电参数耦合作用下的最小安全间隙与开断电流极限,为设计满足可靠开断要求的直流真空断路器灭弧系统结构参数与换流参数群组提供解决方案。     

复燃和截流过电压作用下真空断路器灭弧室内的电场分析

采用暂态电路模型对真空断路器开断空载变压器时由复燃和截流引起的过电压进行了数值模拟，并对暂态过电压的频率成分进行了离散的傅立叶分析，以此作为真空断路器的边界夺件，采用有限元法进行了计算，给出了灭弧室内的暂态电场分布和电场强度随时间变化的曲线，讨论了暂态电场的一些特征，为真空断路器的绝缘设计提供了参考.     

喷口长度对超高压SF6断路器影响及混沌识别

为有效控制喷口区域气流参数,提高流路气流气吹能力,以550kV单断口超高压SF6断路器为研究对象,提出具有不同管道长度的喷口流动结构.采用有限体积法对灭弧室内冷气流流动进行数值模拟,得到断口区域气流压力、密度、速度及马赫数的变化,并且对混沌特性进行了识别.开断过程中喷口管道冷气流流动行为表明,改变喷口长度可以有效调控灭弧室内气流流动,同时明显改变了对介质恢复特性起主要作用的喷口上下游压力差.通过对比分析得出,喷口长度是调控管道内气流流动的主要参数之一,且开断过程中伴随有混沌现象.     

电器中三维电场计算的有限元法

提出一种用于复杂结构中三维电场数值计算的有限元法，指出采用子块法和参数变换法，通过子块关联矩阵来实现自动剖分，以适应求解区域结构的复杂性．采用这种方法对小容量接触器灭弧室和ＳＦ６断路器罐体中三维电场分布进行了计算，结果表明，上述方法完全可以用来解决实际工程问题．