開關電器計算學

目錄
前言
第1章 開關分斷過程電弧仿真基礎與計算 1
1.1電弧基本物理過程 2
1.2電弧磁流體動力學模型 3
1.2.1氣流場控制方程 4
1.2.2電磁場控制方程 6
1.3輻射模型 8
1.4湍流模型 12
1.5電弧模型求解 15
1.5.1控制方程組的離散化 15
I.5.2 Fluent軟件二次開發(fā) 16
1.6空氣電弧柵片切割仿真22
1.6.1電弧仿真數(shù)學模型和邊界條件 23
1.6.2電弧模型求解方法 31
1.6.3考慮鐵柵片燒蝕的電弧切割過程仿真結果 31
1.7SF6噴口電弧仿真 34
1.7.1SF6電弧模型磁流體動力學建模 35
1.7.2超聲速SF6噴口電弧穩(wěn)態(tài)特性 40
1.8本章小結 42
參考文獻 43
第2章 弧后介質恢復過程計算與分析 46
2.1熱非平衡行為 48
2.1.1熱非平衡行為的成因 48
2.1.2研究現(xiàn)狀 49
2.1.3雙溫模型建模 50
2.1.4計算實例 54
2.2化學菲平衡行為 61
2.2.1化學非平衡行為的成因 61
2.2.2研究現(xiàn)狀 63
2.2.3化學非平衡電弧建模 64
2.2.4計算實例 74
2.3電子能量的非麥克斯韋分布行為 82
2.3.1電子能量偏離麥克斯韋分布的成因 82
2.3.2研究現(xiàn)狀 83
2.3.3高溫氣體臨界擊穿場強計算模型 83
2.4本章小結 86
參考文獻 87
第3章 開關柜內部故障電弧的計算與分析 92
3.1內部故障電弧簡介 93
3 ¨故障電弧的基本特性 94
3.1.2故障電弧的物理效應及危害 94
3.2內部故障電弧研究的國內外現(xiàn)狀 96
3.3內部故障電弧的計算方法 97
3.3.1標準計算法 98
3.3.2改進標準計算法 101
3.3.3CFD法 102
3.3.4磁流體動力學法 104
3.4不同計算方法典型結果及分析 1 12
3.4.1標準計算法結果及分析 1 12
3.4.2CFD法結果及分析 114
3.4.3磁流體動力學法結果及分析 115
3.5本章小結 123
參考文獻 124
第4章 電弧等離子體物性參數(shù)計算 127
4.1局部熱力學平衡電弧等離子體物性參數(shù)計算 127
4.1.1配分函數(shù) 127
4.1.2粒子組分 130
4.1.3熱力學參數(shù) 132
4.1.4碰撞積分與輸運系數(shù) 133
4.2非熱力學平衡電弧等離子體物性參數(shù)計算 140
4.2.1雙溫模型的基本假設 140
4.2.2雙溫等離子體組分計算 141
4.2.3雙溫等離子體熱力學系數(shù)計算 145
4.2.4雙溫等離子體輸運系數(shù)計算 147
4.3化學非平衡電弧等離子體物性參數(shù)計算 152
4.4電弧等離子體輻射輸運系數(shù)計算 154
4.4.1電弧凈輻射模型與凈輻射系數(shù) 155
4.4.2電弧P I輻射模型與平均吸收系數(shù) 162
4.5本章小結 165
參考文獻 166
第5章 開關電弧等離子體相關參數(shù)的測量 171
5.1介紹 171
5.2原子發(fā)射光譜法測量溫度與電子數(shù)密度 172
5.2.1實驗原理 172
5.2.2應用實例 175
5.3原子吸收光譜法測原子數(shù)密度 179
5.3.1實驗原理 179
5.3.2應用實例 181
5.3.3實驗結果 182
5.3.4局限性 183
5.4激光湯姆孫散射法測溫度與電子數(shù)密度 183
5.4.1實驗原理 184
5.4.2應用實例 186
5.4.3局限性 187
5.5電弧形態(tài)測量 188
5.5.1高速攝影儀測量原理 189
5.5.2測量實驗與分析 189
5.6電弧熱輻射測量 190
5.6.1實驗原理 191
5.6.2應用實例 192
5.7電弧光學測量的基本概念 195
5.7.1光譜的線型與主要展寬機釗 195
5.7.2光度學相關基本概念 198
參考文獻 199
第6章 開關電器的熱計算 202
6.1開關電器熱計算的基本方法 203
6.1.1開關電器熱源的計算 203
6.1.2開關電器傳熱過程分析 209
6.1.3開關電器的熱計算模型 212
6.2低壓斷路器穩(wěn)態(tài)熱計算 215
6.2.1基于氣流場分析的塑殼斷路器熱分析方法 216
6.2.2基于散熱系數(shù)的塑殼斷路器穩(wěn)態(tài)發(fā)熱簡化分析方法 227
6.3高壓斷路器熱分析 233
6.3.1高壓斷路器發(fā)熱計算 233
6.3.2高壓斷路器散熱計算 239
6.4本章小結 242
參考文獻 243
第7章 電動力計算與分析 244
7.1電力系統(tǒng)中短路電流分類與計算 244
7.1.1電力系統(tǒng)中短路電流的分類 244
7.1.2短路電流的計算方法 245
7.2電動力計算原理與方法 250
7.2.1洛倫茲力的計算方法 251
7.2.2霍爾姆力的計算方法 251
7.3低壓電器電動力建模方法 254
7.3.1框架斷路器短路電流電動力計算 254
7.3.2塑殼斷路器短路電流電動力計算 274
7.4高壓電器短路電流電動力建模與分析 279
7.4.1高壓電器短路電流電動力建模 279
7.4.2高壓電器短路電流電動力計算與分析 282
7.5本章小結 294
參考文獻 294
第8章 開關電器操動機構的計算與分析 296
8.1彈簧機構的計算與分析 297
8.1.1中壓彈簧機構的仿真建模與故障訟斷 298
8.1.2低壓彈簧機構的仿真建模與優(yōu)化設計 306
8.2液壓機構的計算與分析 313
8.2.1液壓機構的仿真建模 314
8.2.2液壓機構緩沖結構的優(yōu)化設計 322
8.3永磁機構的計算與分析 326
8.3.1中壓永磁機構的仿真建模與故障診斷 327
8.3.2低壓永磁機構的仿真建模與優(yōu)化設計 331
8.4本章小結 344
參考文獻 345
第9章 開關電弧的仿真實例 347
9.1微型斷路器電弧仿真 347
9.1.1微型斷路器介紹 347
9.1.2微型斷路器幾何模型簡化 349
9.1.3微型斷路器電弧材料屬性設置 351
9.1.4微型斷路器電弧仿真邊界條件設置 353
9.1.5計算結果 356
9.2高壓SF6斷路器電弧仿真 369
9.2.1高壓SF6斷路器幾何模型簡化 369
9.2.2湍流模型 369
9.2.3輻射模型 370
9.2.4高壓SF6斷路器材料屬性設置 370
9.2.5高壓SF6斷路器電弧仿真邊界條件的設置 370
9.2.6計算結果 373
參考文獻 375