学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

纵向磁场真空电弧等离子体的仿真研究

作　者: 闫荣妮
导　师: 孙鹏
学　校: 沈阳工业大学
专　业: 电机与电器
关键词: 纵向磁场真空电弧等离子体磁流体仿真
分类号: TM561.5
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
下　载: 127次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载

内容摘要

真空断路器广泛应用于中压输配电系统中,并呈现向高电压领域渗透的趋势。因此,关于真空断路器及其相关技术的研究越来越受到关注。真空电弧开断特性及其控制措施是真空断路器设计和研制的关键,而合理的建模和正确的仿真研究是对真空电弧进行深入研究的一种有效手段。本文将重点对考虑纵向磁场作用的真空电弧等离子体进行建模和仿真研究,从而为真空断路器的设计提供理论依据。在分析现有真空电弧模型基础上,考虑平均离子电荷数、离子动能项对真空电弧的影响,推导并建立了纵向磁场真空电弧磁流体模型。由于真空电弧等离子体并未处于局部热动平衡态,且离子与电子之间因相互碰撞存在能量交换,因此,建模时必须将离子和电子分开考虑,用离子能量守恒方程和电子能量守恒方程分别来求解离子温度和电子温度。另外,考虑到等离子体作为导电流体在运动中会产生磁场,该磁场又会反过来作用于真空电弧影响等离子体的流动。因此,自生磁场的计算也是至关重要的。本文采用矢量磁位法来求解自生磁场。由于纵向磁场真空电弧磁流体模型是由一组相互耦合的非线性偏微分方程组构成,传统解析方法无法求解该类问题,必须采用数值方法求解。本文利用计算流体力学软件FLUENT作为电弧模型求解平台,并应用VC++和自定义宏函数对其进行二次开发,实现了纵向磁场真空电弧磁流体模型的数值仿真研究,在对小电流扩散态真空电弧进行仿真分析的基础上,进行了关于纵向磁场对真空电弧等离子体重要参数影响的探讨研究。仿真结果表明,纵向磁场对小电流真空电弧等离子体参数的影响与大电流真空电弧的情况是不同的,在小电流情况下,随着纵向磁场的增大,真空电弧的扩散状受到抑制,轴线上的电流密度、电子温度、离子温度、等离子体压力均有所增大,因而对于纵向磁场型真空灭弧室来说,开断小电流时不宜施加太强的纵向磁场。

全文目录

摘要  5-6
Abstract  6-10
第一章绪论  10-19
  1.1 课题研究的背景及意义  10-11
  1.2 真空电弧理论的研究现状  11-13
    1.2.1 阴极斑点区域  11
    1.2.2 阳极区域  11-13
    1.2.3 极间电弧等离子体区域  13
  1.3 真空电弧模型的研究现状  13-15
    1.3.1 早期电弧模型概述  13-14
    1.3.2 磁流体动力学(MHD)模型  14-15
  1.4 真空电弧磁场控制技术的发展与现状  15-17
  1.5 本文的主要工作  17-19
第二章模型建立理论基础  19-27
  2.1 概述  19
  2.2 流体力学基础  19-23
    2.2.1 流体的物理属性  19-22
    2.2.2 流体流动的分类  22
    2.2.3 流体动力学的基本方程  22-23
  2.3 气体动力学基础  23-25
    2.3.1 音速、流速与马赫数  23-24
    2.3.2 滞止参数与临界参数  24
    2.3.3 气体状态常数  24-25
  2.4 热动力学基础  25-26
    2.4.1 等压比热与等容比热  25
    2.4.2 导热基本定律  25-26
  2.5 电磁学基础  26
  2.6 本章小结  26-27
第三章纵向磁场真空电弧等离子体的磁流体动力学模型  27-40
  3.1 概述  27
  3.2 物理模型  27-29
  3.3 数学模型  29-36
    3.3.1 质量守恒方程  29
    3.3.2 动量守恒方程  29-31
    3.3.3 能量守恒方程  31-32
    3.3.4 电磁场方程  32-34
    3.3.5 真空电弧等离子体的数学模型  34-36
  3.4 边界条件  36-38
    3.4.1 气流场边界条件  36-38
    3.4.2 电场边界条件  38
    3.4.3 磁场边界条件  38
  3.5 本章小结  38-40
第四章纵向磁场真空电弧等离子体模型的仿真方法  40-50
  4.1 概述  40
  4.2 MHD方程的数值求解方法  40-42
  4.3 计算流体力学软件FLUENT  42-43
  4.4 基于FLUENT的仿真步骤及二次开发  43-47
    4.4.1 仿真步骤  43-44
    4.4.2 二次开发程序设计  44-47
  4.5 纵向磁场真空电弧等离子体模型的求解流程  47-49
  4.6 本章小结  49-50
第五章纵向磁场真空电弧等离子体的仿真结果及分析  50-60
  5.1 概述  50
  5.2 小电流真空电弧基本特性  50-57
  5.3 不同纵向磁场对真空电弧等离子体特性的影响  57-59
  5.4 本章小结  59-60
第六章总结  60-61
参考文献  61-64
在学研究成果  64-65
致谢  65

纵向磁场真空电弧等离子体的仿真研究

内容摘要

全文目录

相似论文