Study on Domain Coupling of Multi-physical Parameters for High V...

本研究针对高压SF6断路器的多物理参数区域耦合进行了深入探讨，研究对象为500kV超高压单断口SF6断路器。研究聚焦于建立一个综合考虑湍流效应的二维耦合电场/气流模型，并针对其流动场与多物理场之间的耦合条件进行了求解。计算模拟了500kV单断口SF6断路器在整个动作过程中的气动特性和电性能变化，同时获得了500kV单断口SF6断路器的介质恢复特性，并实现了动作过程的可视化。 关键词包括耦合场、域分解、数值模拟、吹气式断路器。在引言部分，作者提到SF6断路器被认为是输电网络中最有效和最可靠的保护装置，目前在超高压及特高压等级被广泛使用。断路器的动作过程涉及不同的复杂阶段。为了更准确预测绝缘和断路性能，以及在切换动作期间理解断路过程，需要建立一个描述电气和气动参数及其相互作用的合理模型。然而，由于SF6断路器内部的复杂流动路径，包括超音速流动、活性、粘性、可压缩性和可变边界等，以及在断路期间出现的冲击波和涡流等复杂物理现象，计算流动场极为困难。近年来，计算结构和建模简化导致的固有弱点已被报道。 本文建立了一个耦合的电动力学物理模型，考虑了二维方程。为了同时同步发展解决ε-k湍流耦合数值问题的评估方法，并处理复杂的流动路径及时空过程，采用了有限体积法（FVM）和时间依赖方案（TVD）相结合的改进方法。 本研究的意义在于深入理解了高压SF6断路器在运行过程中的物理现象，从而为设计更高效可靠的高压电器设备提供科学依据。研究工作不仅优化了电器设备的结构设计，还有助于提高电器运行的稳定性和安全性。此外，本研究工作对其他高压电气设备领域的多物理参数耦合研究也有一定的借鉴意义。 在实际操作中，通过数值模拟的方法能够减少实验成本和风险，同时提供了直观的流场可视化结果，这有助于研究者深入观察和分析断路器在不同工作阶段下的性能变化。研究中采用的方法和技术路线能够为相似领域的工程问题提供有效的解决策略，例如通过域分解等技术手段处理复杂的耦合问题，以及在超高压电器设计和故障诊断中具有重要的应用价值。