柱状等离子体断路开关的磁流体动力学模拟的开题报告.docx

柱状等离子体断路开关的磁流体动力学模拟的开题报告

一、选题背景

柱状等离子体断路开关广泛应用于电力系统中，用于保护电力设备和电力系统不受过电压和过电流的影响。但是，在使用过程中也存在着一些问题，比如容易出现间歇性接触现象、燃弧时间长等问题。因此，通过数值模拟的方法对柱状等离子体断路开关进行研究，对于提高其性能和可靠性具有重要意义。

二、选题意义

本课题通过数值模拟柱状等离子体断路开关的磁流体动力学模型，可以在不同设计参数下评估开关性能，并找到最佳参数组合。此外，还可以深入了解柱状等离子体断路开关的燃弧机理，为改善开关的性能提供科学依据。

三、主要研究内容

1.建立柱状等离子体断路开关的磁流体动力学模型，包括磁场和气体动力学模型。

2.通过模拟不同参数下的开关行为，评估其性能指标，如开断时间、电弧电流等。

3.分析柱状等离子体断路开关燃弧机理，确定燃弧过程中的关键参数和影响因素。

4.提出优化方案，改善柱状等离子体断路开关的性能和可靠性。

四、研究方法和技术路线

本课题主要采用数值模拟研究方法，建立柱状等离子体断路开关的磁流体动力学模型，通过计算求解得到开关的一系列性能指标，并进行分析和优化。技术路线如下：

1.磁场模型建立：采用有限元方法建立柱状等离子体断路开关磁场模型。

2.气体动力学模型建立：采用Navier-Stokes方程模拟气体流动，包括电离过程和电弧放电过程。

3.数值模拟求解：通过计算求解模型中的物理场，包括磁场、流场、电场等，得到开关的性能指标。

4.分析和优化：分析模拟结果，确定关键参数和影响因素，提出相应优化方案。

五、预期成果

1.成功建立柱状等离子体断路开关的磁流体动力学模型。

2.通过模拟得到开关的一系列性能指标，如开断时间、电弧电流等。

3.深入研究柱状等离子体断路开关的燃弧机理，为改善开关性能提供科学依据。

4.提出优化方案，改善柱状等离子体断路开关的性能和可靠性。

六、研究进度安排

1.研究阶段：磁场模型建立。

计划完成时间：2022年3月。

2.研究阶段：气体动力学模型建立。

计划完成时间：2022年6月。

3.研究阶段：数值模拟求解。

计划完成时间：2022年9月。

4.研究阶段：分析和优化。

计划完成时间：2022年12月。

七、参考文献

1.Liao,R.J.,Zhang,B.,Lan,Y.(2019).Numericalsimulationofarccolumnbehaviorandelectricfieldcharacteristicsinair-producedplasmaunderhigh-frequencyelectricfields.TheEuropeanPhysicalJournalD,73(3),1-8.

2.Wang,H.Y.,Wang,Z.,Zhao,Y.M.,Zhang,Z.Y.(2019).Three-dimensionalnumericalsimulationstudyontheeffectofexternalmagneticfieldontheperformanceofinterruptingarcs.GuangxiElectricPower,42(05),5-8.

3.Guo,X.,Xu,J.H.,Gu,S.R.,Yan,J.F.(2019).3Dsimulationofelectromagnetismandgasflowfieldinarcextinguishingchamberofhighvoltagecircuitbreaker.JournalofElectrostatics,98,22-26.