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【6h】

SF高压断路器灭弧室电场与气流场数值计算的边界元方法的研究

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目录

文摘

英文文摘

独创性说明和关于论文使用授权的说明

1绪论

1.1我国高压断路器发展概况

1.2 SF6高压断路器开断特性的研究

1.2.1关于气流场的求解

1.2.2关于电弧模型的研究

1.3研究课题选择背景

1.4论文的研究工作

1.5解决的关键问题

2 SF6高压断路器电场计算的边界元方法

2.1电场计算的传统的边界元方法

2.1.1边界元原理

2.1.2处理奇异积分的电位特解法

2.1.3计算实例

2.2边界轮廓法

2.2.1求解电场问题的边界轮廓法的数学模型的建立

2.2.2数学模型的离散

2.2.3 SF6断路器三维电场计算

2.3轴对称电场的边界元法

2.4电场问题的虚边界元法

2.4.1虚边界元的构思

2.4.2轴对称电场的虚边界元方法

2.5本章小结

3 SF6高压断路器灭弧室内气流场边界元方法的研究

3.1控制方程的条件

3.2控制方程

3.3 SF6断路器灭弧室气流场控制方程基本解求取的研究

3.3.1定常条件下控制方程的基本解

3.3.2定常条件下能量方程基本解的标准椭圆化

3.3.3非定常流动条件下控制方程的基本解

3.4 SF6高压断路器灭弧室气流场虚边界元法数学模型的建立

3.4.1流场问题的方差泛函及场量的虚边界元方程

3.4.2离散数学模型

3.5数值计算

3.6本章小结

4应用边界元法对SF6断路器开断特性的计算机仿真

4.1小容性电流开断

4.2短路开断

4.3本章小结

结论

展望

参考文献

在学研究成果

致谢

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摘要

由于边界元法是一种降维的数值计算方法,同时又具有半解析的性质,因而成为工程计算中的重要的计算方法之一.目前,在电场计算领域所开展的工作相对较少,而且仅限于传统边界元方法的应用;在计算流体力学领域,近年来虽然一些学者应用边界元法,在解决定常、不可压缩等问题进行了相当深入的研究,获得了若干研究成果,但是对于像SF<,6>高压断路器灭弧室中存在的非定常、可压缩、非线性、跨音速、具有复杂而且变边界的气流场由于至今尚未找到基本解,而未见研究工作的报道.考虑到SF<,6>高压断路器的开断特性是衡量断路器性能的重要技术指标,而开断特性的研究又涉及到电场和气流场数值计算,同时高压电工装置中的绝缘分析也必须以电场的数值计算为手段进行分析.基于上述原因,该论文对解决电场和SF<,6>高压断路器中气流场问题的边界元法进行了比较全面和深入地研究.在电场的数值求解方面,首先是对传统的边界元法应用退化单元法和电位特解法解决数值计算中的奇异积分问题;其次,将力学中的边界轮廓法和虚边界元法的概念引入到电场的数值计算中,建立了计算电场的边界轮廓法和虚边界元法的数学模型及其离散形式;此外针对电工装置中很大的一类电场问题可归结为轴对称场问题,从传统的边界元方法出发,建立了计算轴对称场的数学模型及其离散形式并提出了解决此类问题的奇异积分的新方法.在求解SF<,6>高压断路器灭弧室内非定常、可压缩、非线性、跨音速、具有复杂的变边界的气流场问题上,该论文首先根据质量和动量方程的基本解,推导出定常条件下N-S方程的基本解.然后应用分离变量法,推导出描述SF<,6>高压断路器灭弧室内气体流动规律的非定常、可压缩流动的N-S方程的基本解.从而为解决此类问题的边界元法奠定了基础.在推导出基本解后,根据虚边界元原理推导出求解虚源及各流场参数的数学模型及其离散形式.应用该文的研究成果,对40.5kV真空断路器的电场分布、500kV单断口SF<,6>高压断路器灭弧室电场进行了计算并与商业软件ANSYS的计算结果进行了对比.对气流场及小容性电流和短路电流开断特性进行了数值模拟并与商业软件FLUENT的计算结果进行了对比.结果表明,该论文所开发的方法是正确的、成功的.

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