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第1章 开关分断过程电弧仿真基础与计算1

1.1 电弧基本物理过程2

1.2 电弧磁流体动力学模型3

1.2.1 气流场控制方程4

1.2.2 电磁场控制方程6

1.3 辐射模型8

1.4 湍流模型12

1.5 电弧模型求解15

1.5.1 控制方程组的离散化15

1.5.2 Fluent软件二次开开发16

1.6 空气电弧栅片切割仿真22

1.6.1 电弧仿真数学模型和边界条件23

1.6.2 电弧模型求解方法31

1.6.3 考虑铁栅片烧蚀的电弧切割过程仿真结果31

1.7 SF6喷口电弧仿真34

1.7.1 SF6电弧模型磁流体动力学建模35

1.7.2 超声速SF6喷口电弧稳态特性40

1.8 本章小结42

参考文献43

第2章 弧后介质恢复过程计算与分析46

2.1 热非平衡行为48

2.1.1 热非平衡行为的成因48

2.1.2 研究现状49

2.1.3 双温模型建模50

2.1.4 计算实例54

2.2 化学非平衡行为61

2.2.1 化学非平衡行为的成因61

2.2.2 研究现状63

2.2.3 化学非平衡电弧建模64

2.2.4 计算实例74

2.3 电子能量的非麦克斯韦分布行为82

2.3.1 电子能量偏离麦克斯韦分布的成因82

2.3.2 研究现状83

2.3.3 高温气体临界击穿场强计算模型83

2.4 本章小结86

参考文献87

第3章 开关柜内部故障电弧的计算与分析92

3.1 内部故障电弧简介93

3.1.1 故障电弧的基本特性94

3.1.2 故障电弧的物理效应及危害94

3.2 内部故障电弧研究的国内外现状96

3.3 内部故障电弧的计算方法97

3.3.1 标准计算法98

3.3.2 改进标准计算法101

3.3.3 CFD法102

3.3.4 磁流体动力学法104

3.4 不同计算方法典型结果及分析112

3.4.1 标准计算法结果及分析112

3.4.2 CFD法结果及分析114

3.4.3 磁流体动力学法结果及分析115

3.5 本章小结123

参考文献124

第4章 电弧等离子体物性参数计算127

4.1 局部热力学平衡电弧等离子体物性参数计算127

4.1.1 配分函数127

4.1.2 粒子组分130

4.1.3 热力学参数132

4.1.4 碰撞积分与输运系数133

4.2 非热力学平衡电弧等离子体物性参数计算140

4.2.1 双温模型的基本假设140

4.2.2 双温等离子体组分计算141

4.2.3 双温等离子体热力学系数计算145

4.2.4 双温等离子体输运系数计算147

4.3 化学非平衡电弧等离子体物性参数计算152

4.4 电弧等离子体辐射输运系数计算154

4.4.1 电弧净辐射模型与净辐射系数155

4.4.2 电弧P-1辐射模型与平均吸收系数162

4.5 本章小结165

参考文献166

第5章 开关电弧等离子体相关参数的测量171

5.1 介绍171

5.2 原子发射光谱法测量温度与电子数密度172

5.2.1 实验原理172

5.2.2 应用实例175

5.3 原子吸收光谱法测原子数密度179

5.3.1 实验原理179

5.3.2 应用实例181

5.3.3 实验结果182

5.3.4 局限性183

5.4 激光汤姆孙散射法测温度与电子数密度183

5.4.1 实验原理184

5.4.2 应用实例186

5.4.3 局限性187

5.5 电弧形态测量188

5.5.1 高速摄影仪测量原理189

5.5.2 测量实验与分析189

5.6 电弧热辐射测量190

5.6.1 实验原理191

5.6.2 应用实例192

5.7 电弧光学测量的基本概念195

5.7.1 光谱的线型与主要展宽机制195

5.7.2 光度学相关基本概念198

参考文献199

第6章 开关电器的热计算202

6.1 开关电器热计算的基本方法203

6.1.1 开关电器热源的计算203

6.1.2 开关电器传热过程分析209

6.1.3 开关电器的热计算模型212

6.2 低压断路器稳态热计算215

6.2.1 基于气流场分析的塑壳断路器热分析方法216

6.2.2 基于散热系数的塑壳断路器稳态发热简化分析方法227

6.3 高压断路器热分析233

6.3.1 高压断路器发热计算233

6.3.2 高压断路器散热计算239

6.4 本章小结242

参考文献243

第7章 电动力计算与分析244

7.1 电力系统中短路电流分类与计算244

7.1.1 电力系统中短路电流的分类244

7.1.2 短路电流的计算方法245

7.2 电动力计算原理与方法250

7.2.1 洛伦兹力的计算方法251

7.2.2 霍尔姆力的计算方法251

7.3 低压电器电动力建模方法254

7.3.1 框架断路器短路电流电动力计算254

7.3.2 塑壳断路器短路电流电动力计算274

7.4 高压电器短路电流电动力建模与分析279

7.4.1 高压电器短路电流电动力建模279

7.4.2 高压电器短路电流电动力计算与分析282

7.5 本章小结294

参考文献294

第8章 开关电器操动机构的计算与分析296

8.1 弹簧机构的计算与分析297

8.1.1 中压弹簧机构的仿真建模与故障诊断298

8.1.2 低压弹簧机构的仿真建模与优化设计306

8.2 液压机构的计算与分析313

8.2.1 液压机构的仿真建模314

8.2.2 液压机构缓冲结构的优化设计322

8.3 永磁机构的计算与分析326

8.3.1 中压永磁机构的仿真建模与故障诊断327

8.3.2 低压水磁机构的仿真建模与优化设计331

8.4 本章小结344

参考文献345

第9章 开关电弧的仿真实例347

9.1 微型断路器电弧仿真347

9.1.1 微型断路器介绍347

9.1.2 微型断路器几何模型简化349

9.1.3 微型断路器电弧材料属性设置351

9.1.4 微型断路器电弧仿真边界条件设置353

9.1.5 计算结果356

9.2 高压SF6断路器电弧仿真369

9.2.1 高压SF6断路器几何模型简化369

9.2.2 湍流模型369

9.2.3 辐射模型370

9.2.4 高压SF6断路器材料属性设置370

9.2.5 高压SF6断路器电弧仿真边界条件的设置370

9.2.6 计算结果373

参考文献375