基于流固热耦合模型的并行电弧损伤影响分析

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1、第47卷第6期2015年12月南京航空航JournalofNanjingUniversityDOI：10．16356／j．1005—2615．2015．06．019天大学ofAeronautics学报8LAstrOnautics基于流固热耦合模型的并行电弧损伤影响分析孙晶王(南京航空航天大学自莉孟珍动化学院，南京，210016)Vol-47No．6Dec．2015摘要：电弧故障可以释放很高的能量，对周围一定距离的物体和导线造成危害，其产生的热量甚至可以引起火灾。首先，理论分析电弧的能量在管路上的分配

2、及其造成的影响，使用流固热耦合的数值计算方法，用于模拟流体和固体之间的实时热量交换。建立了有限元模型，对电弧损伤影响进行数值仿真研究，建立了电弧能量分配方程。最后，分析了直流28V和交流115V供电条件下的电弧损伤影响程度，验证了所建立的电弧能量分配方程的预测能力。仿真结果表明：电弧故障使得金属发生相变，其损伤影响程度与电弧功率系数、能量耗散因数等有关；当电弧功率增大后，管路相变吸收的能量所占电弧总能量的比重就越大；电弧功率系数是一个与管路和电弧位置间距有关的指数函数。关键词：电弧损伤；流固热耦合；

3、相变；能量分配中图分类号：TM645文献标志码：A文章编号：1005—2615(2015)06—0917—07ParallelArcDamageAnalysisBasedonFluid—SolidThermalCoupledModelSunJing，WangLi，MengZhen(CollegeofAutomationEngineering，NanjingUniversityofAeronautics&Astronautics，Nanjing，210016，China)Abstract：Thearc

4、faultcanreleasehighenergy，whichposesgreatharmtosurroundingobjectsandwireswithinacertaindistance，andthegeneratedheatcanevencauseafire．Firstofall，thearcenergydistributionanditsdamagetothepipeareanalyzedintheory，andthereal—timeheatexchangebetweenfluidands

5、olidissimulatedbythefluid—solidthermalcoupledmethod．Finiteelementmodelisobtained，thearedamageisnumericallysimulatedandtheequationofarcenergydistributionisobtained．ThearcdamageunderthesourcevoltageofDC28VandACll5Visstudiedandthepredictioncapabilityofthe

6、equationiSverified．Thesimulationresultsshowthat：Thearcfaultcanmakethemetalhavephasetransformation；Thearedamagehasacloserelationshipwiththeheatdissipationfactorandthefractionofarcpower，etal；Whenthearepowerincreases，theratiooftheenergyusedforphasetransfo

7、rmationtothearcenergyincreases；Thefractionofarcpowerisanexponentialfunctionrelatedtothedistancebetweenthearcandthepipe．Keywords：aredamage；fluid—solidthermalcouple；phasetransformation；energydistribution多电全电飞机的发展，必将增加飞机上电线的数量。而由于航空电气系统电缆的复杂特殊，增加了发生电弧故障的隐

8、患，当飞机飞行时，振动导致了电线与框架摩擦，造成电线与接头处松动，或者长时间老化导致电缆绝缘层破裂，这些都容易产生断续的电弧。电弧具有导电性强、能量集中、温度高的特性。大量的事实表明电弧故障是引起飞机故障、部件失灵甚至飞机起火的重要原因‘1

9、。近年来，在年久的飞机设备上也出现了大量的电弧故障，飞机电缆故障问题已经成为多起悲惨事故发生基金项目：国家自然科学基金(51277093)资助项目。收稿日期：2014—08—13；修订日期：2015—06—21通信作者：王莉，女，