大电流真空电弧阳极熔蚀过程的热力学仿真研究

摘要：

在大电流真空电弧开断过程中,阳极现象对于能否成功开断具有重要影响.当电弧电流超过阈值时,阳极表面温度将超过材料熔点,从而在阳极局部形成熔池.阳极熔池中的液态金属蒸发出的金属蒸汽及喷溅出的液滴将极大的提高弧后击穿的概率,并可能造成开断失败.该文建立了大电流真空燃弧过程中阳极熔池的流体流动和传热模型,着重研究真空大电流电弧对于阳极表面的熔蚀、变形以及相应的温度分布的变化.模型考虑了从电弧等离子体到阳极表面的传热以及表面材料在热流作用下的相变过程,将磁流体仿真结果获得的热流密度和压力分布作为阳极熔池流动和传热的仿真的边界条件,并采用有限体积法仿真获得阳极表面破坏过程以及温度分布的变化规律.仿真结果给出了不同电流下的温度分布和由电弧引起的阳极表面破坏情况,发现考虑熔池中液态金属流动和变形的仿真模型所获得的表面温度分布更加均匀,解释了实验中触头表面温度的均匀分布现象,证明液态金属的流动是影响温度分布的重要因素.所获得模型更为准确地描述了大电流真空电弧作用下的阳极现象,为评估真空断路器的开断能力提供了理论依据.

关键词：真空灭弧室、真空电弧、阳极熔蚀、表面温度

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分类号：TM501(电器)

资助基金：国家重点基础研究发展规划项目973计划2015CB251002;国家自然科学基金51407135,51323012;高等学校博士学科点专项科研基金20130201110005.Project Supported by the National Basic Research Program 973 Program 2015CB251002;National Natural Science Foundation of China 51407135,51323012;The Research Fund for the Doctoral Program of Higher Education 20130201110005.

在线出版日期：2017-03-31（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）

页码：1021-1027