基于FLUENT的低压分断电弧仿真

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1、基于FLUENT的低压分断电弧仿真低压电器(2005№5)基于FLUENT的低压分断电弧仿真吴翊,荣命哲,杨茜,胡光霞(西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室,陕西西安710049)摘要:在计算流体动力学(CFD)商用软件包FLUENT的基础上进行了二次开发,采用了磁流体动力学(MHD)理论,针对低压断路器灭弧室的简化模型,建立了相应的电弧仿真数学模型。对灭弧室内电弧的整个运动过程进行了仿真计算,并分析了电弧运动过程中一些相关量变化。第一作者:吴翊关键词:低压断路器;电弧;仿真(19752),男,博士+中图分类号:TM501.2文献标识码:A文章编号:

2、100125531(2005)0520007203研究生,从事低压电弧的仿真研究。SimulationonDynamicCharacteristicsofArcinLowVoltageCircuitBreakerModellingBasedonFLUENTWUYi,RONGMing2zhe,YANGQian,HUGuang2xia(StateKeyLabofElectricalInsulationandPowerEquipment,Xi’anJiaotongUniversity,Xi’an710049,China)Abstract:Asimulationf

3、orarcmotioninasimplegeometryoflowvoltagecircuitbreakerwascarriedoutinthispaperwiththeuseofacommercialcomputativefluidicdynamics(CFD)softwareFLUENT.BasedontheMHDtheory,amathematicalmodelofarcmotionwasbuilt.Someparametersgotfromthesimulationresultduringthewholearcmotioncoursewasanal

4、yzed.Keywords:lowvoltagecircuitbreaker;arc;simulation不变;文献[3]较为全面地介绍了包括电极在内0引言的电弧仿真模型,给出了电弧动态分析的详细结在低压电器领域,断路器触头打开时将会产果,但没有给出不同外加磁场下电弧动态特性。生电弧,电弧在磁场力的作用下移动进入灭弧栅本文基于MHD理论,将气流场、热场及电磁片并最终熄灭。因此,研究分断电弧的运动特性场耦合在一起,考虑了它们相互之间复杂的作用对低压断路器的设计来说具有重要的意义。由于过程,建立了三维电弧动态模型。MHD理论以整电弧的运动是一个涉及到电场、磁场

5、、热场及流场个灭弧室为研究对象,更加符合分断电弧充满灭变化的复杂过程,因而几十年来大多数关于电弧弧室的实际情况,故能较好地模拟出电弧的物理的研究都是以实验作为基础。近年来,随着计算性质。模型方程的给出采用有限容积法(FVM)。机性能的提高和软件技术的发展,分断电弧的仿FVM导出的离散方程组可以保证具有守恒特性,真才成为可能。而且离散方程系数的物理意义明确,是目前流动到目前为止,国外的学者在分断电弧的仿真与传热问题的数值计算中应用最广的一种方法。工作方面一直走在前沿。文献[1]采用了二维电由于实际低压断路器灭弧室几何结构复杂,弧仿真模型,但它没有考虑电弧的运

6、动过程和外为了便于分析,国内外通用的方法是采用简化的加磁场因素的影响;文献[2]中对稳态电弧和动灭弧室模型。本文3D简化灭弧室几何模型的建态电弧分别进行了仿真,并且介绍了不同介质下立和剖分在GAMBIT2.0软件中完成;由于FLU2的开断电弧动态特性,但其电极边界上的电流密ENT软件拥有丰富的物理模型和先进的数值计度是一个关于二维电极面坐标的指数分布,与电算方法,能模拟流体流动、传热传质、化学反应和极和灭弧室内温度没有关系,且其电极温度恒定其他复杂的物理现象,其网格处理功能尤为强大,—7—低压电器(2005№5)基于FLUENT的低压分断电弧仿真接口函数的

7、使用也较为方便,便于进行二次开发。方程组和与电磁场相关的麦克斯韦方程组。因此,本文以商用流体计算软件FLUENT6.1为(1)质量守恒方程:计算平台,求解电弧中流场和电磁场的相关耦合5ρ+div(ρV)=0(1)问题。5t由于本文关注的是电弧的运动过程,没有考(2)动量守恒方程:虑电极的打开及电弧的熄灭过程,仅考虑电弧的5(ρυt))+S+div(ρυiV)=-div(ηgradυii5t运动过程。(2)1低压电弧动态仿真模型的建立(3)能量守恒方程:5(ρh)1.1仿真灭弧室几何物理模型+div(ρhV)=5t本文仿真内容为低压断路器灭弧室内电弧等λ5p

8、离子体的运动特性,并以整个灭弧室为仿真对象。-divgradh++