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C_4F_7N-CO_2混合气体有可能替代SF_6作为绝缘和灭弧介质,研究其燃弧特性具有重要意义。文中通过棒-棒电极下的自由燃弧实验,研究了CO_2、体积分数40%C_4F_7N-60%CO_2以及SF_6几种气体的电弧特性。实验中测量了电弧电压、电流、零区特性以及光谱分布等众多参量,基于Mayr电弧模型分析了电弧能量累积和耗散过程,结合Abel逆变换和玻耳兹曼斜率法得到电弧径向温度分布。实验发现:CO_2气体电弧稳定性极差,燃弧期间电弧电压高于SF_6电弧且多次剧烈波动,加入C_4F_7N后,电弧稳定性得到改善,电弧电压降低;加入C_4F_7N后,自由燃弧期间其电弧能量累积量减小,电流过零前...

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C4F7N C4F7N-CO2 电弧特性 电弧温度 发射光谱 自由燃弧

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电弧是机械式开关电器在分/合过程中的重要物理现象,直接影响其通断能力.根据内部物理过程建立电弧模型进行仿真分析,是开关电器领域的重要研究手段.综合考虑CO2电弧等离子体中的温度和电磁场的耦合关系,建立了CO2电弧的二维轴对称磁流体动力学模型,利用数值方法进行求解,得到可拆卸气体灭弧室中的CO2自由燃烧直流电弧特性.仿真结果表明,CO2气体压力一定时,随着电流增大,电弧温度增加、电弧半径和电弧电压增大;电流数值一定时,随着CO2气体压力增大,电弧半径和电弧电压增大、电弧温度降低.通过与相关文献中的仿真和试验结果对比,验证了所建立的CO2电弧模型的正确性.

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CO2 磁流体动力学模型 开关电器 直流电弧

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C4F7N-CO2混合气体有可能替代SF6作为绝缘和灭弧介质,研究其燃弧特性具有重要意义。文中通过棒-棒电极下的自由燃弧实验,研究了CO2、体积分数40%C4F7N-60%CO2以及SF6几种气体的电弧特性。实验中测量了电弧电压、电流、零区特性以及光谱分布等众多参量,基于Mayr电弧模型分析了电弧能量累积和耗散过程,结合Abel逆变换和玻耳兹曼斜率法得到电弧径向温度分布。实验发现:CO2气体电弧稳定性极差,燃弧期间电弧电压高于SF6电弧且多次剧烈波动,加入C4F7N后,电弧稳定性得到改善,电弧电压降低;加入C4F7N后,自由燃弧期间其电弧能量累积量减小,电流过零前的能量耗散系数降低;电流峰值时刻CO2、40%C4F7N-60%CO2以及SF6几种气体电弧弧芯温度分别为20000、18900、14900 K,电弧直径分别为13、17、23 mm,C4F7N对降低CO2电弧弧芯温度有明显作用。

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C4F7N C4F7N-CO2 电弧特性 电弧温度 发射光谱 自由燃弧

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六氟化硫气体以其优良的绝缘和灭弧性能被广泛应用于电力系统的输变电设备中。但是六氟化硫气体具有很强的温室效应，对环境有潜在的巨大危害，因此寻找六氟化硫替代气体成为了电力行业近年来研究的热点问题。在目前可能的替代气体中，以二氧化碳为基础的气体是重要的一类，所以有必要对二氧化碳电弧的物理性质进行理论和实验方面的研究。 本文设计了二氧化碳电弧的发生装置，搭建了实验电路和电弧成像光路，合理选择和设置了光谱仪和ICCD的各项参数，拍摄和记录了自由燃弧和气吹燃弧两种条件下电弧在稳定燃烧阶段的光谱；通过设计可拆卸的PTFE喷口，本文实现了对于吹向燃弧区域的CO2气流速度的控制；本文同时利用高速摄影仪拍摄得到了电弧在稳定燃烧时的形态，证实了在ICCD拍摄期间，电弧形态满足标准温度法和绝对强度法对其稳定性和轴对称性的要求。通过对CO2电弧在可见光范围内的谱线进行筛选，本文选取了用于分析的目标谱线——氧元素的原子谱线O I 777.19nm和碳元素的一价离子谱线C II 657.81nm，并且计算了这两条谱线的发射系数-温度曲线。之后编写了数据处理程序，首先提取和导入了实验光谱数据，然后确定了目标谱线的波长，接着对目标谱线在波长方向和空间方向上进行了拟合，再之后基于快速傅里叶变换的方法对光谱强度数据进行了阿贝尔逆变换，在完成以上步骤之后，利用标准温度法和绝对强度法完成了对于谱线光学测量系统的标定并获得了电弧温度分布曲线。在完成以上工作的基础上，本文通过实验测试分析了充气压力、位置和气流速度对CO2电弧温度分布的影响。 在现有实验条件下，本文研究发现：自由燃弧状态下，电弧弧心区域的温度和实验腔体的充气压力呈现负相关的关系，但在电弧较外围区域这一关系并不明显；单就弧心温度而言，距阴极越近的位置温度也越高。在加装喷口并导入气流的条件下，当电弧电流较小时，气流速度越大，电弧弧心区域的温度就越低，但是当电弧电流较大时，气流速度和和电弧弧心温度之间的负相关关系较弱；在现有条件下，电弧电流对于电弧温度的影响要远大于气流速度的影响。此外，不管加装喷口与否，电弧弧心温度越高，其径向温度梯度也会增加。

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标准温度 二氧化碳电弧 发射光谱 绝对强度 温度分布

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复合光纤架空地线（OPGW，Optical ground wire）是一种兼具通讯功能的特种线缆，相较于传统架空地线，OPGW具备基础通讯传输功能，能够为电力系统智能高效运行提供通讯服务,因其成本低、寿命长、可靠性高等诸多优点在国内外电力系统被广泛使用。然而因为杆塔高度较高、线路走廊地形复杂气候多变等原因， OPGW不可避免遭受到雷击威胁。若OPGW雷击损伤严重，会造成线缆断股，光纤受损，甚至光纤直接被高温熔断，造成通讯中断，影响电力系统的稳定运行，甚至造成大面积停电事故。因此，开展OPGW的直接雷击损伤特性的研究，将为OPGW设计、工艺的研究以及直接效应试验的规范化提供理论和实验参考。 针对在单一雷电流C分量的实验方法下，通过绑定引弧丝无间隙放电造成OPGW损伤严重且实验结果分散性大的问题，本文提出采用两重连续雷电流B+C分量的实验方法进行OPGW直接雷击损伤的研究，并建立了雷电流B+C分量和拉力张紧实验平台装置。通过实验研究铜、钢、钨铜三种电极对测试结果的影响，得到钨铜电极下OPGW雷电损伤最为严重，能量注入集中且雷电作用面积小，而铜电极下OPGW雷电作用面积最大但损伤程度最轻，因此采用钨铜电极的OPGW直接效应实验方法更为严格，且电极自身损耗更小。同时通过对OPGW雷电损伤状态的分析，发现OPGW存在熔蚀、熔融和烧蚀三种损伤状态，根据三种损伤状态对OPGW雷电损伤进行定量化分析。 在此基础之上，采用钨铜放电电极，研究了不同电荷转移量不同放电间隙距离以及负荷拉力下的OPGW雷电损伤特性和规律，实验研究表明：电荷转移量越大，OPGW雷电损伤越严重，且OPGW熔蚀损伤体积随电荷转移量呈线性函数增长；在雷电流C分量电荷转移量相近的条件下，随着放电间隙距离不断增大，OPGW雷电损伤程度逐渐减轻，熔蚀损伤体积也不断变小；而当施加负荷拉力作用时，存在OPGW股线被拉断的情况，拉力作用下形成的断口呈倾斜尖锐状，当负荷拉力不断加大时，OPGW断股数量也越多，电荷转移量、放电间隙距离和负荷拉力均为影响OPGW雷电损伤结果的重要因素。 建立基于两重雷电损伤的OPGW有限元仿真模型，仿真中建立了二维轴对称放电电弧模型以及三维传热模型，在放电电极端施加雷电流B+C分量分段函数电流源，模拟得到试品端电弧温度分布数据，将该数据作为热源施加到三维模型中求解OPGW温度场分布情特性。仿真得到铜、钢、钨铜电极下OPGW温度分布特性，仿真结果表明雷电作用结束时钨铜电极下温升最大，股线熔化程度最严重；铜电极下温升最小，股线熔化程度最轻。仿真得到60 C、72 C、125 C、154 C电荷作用下OPGW温度分布，与60 C电荷作用下的实验结果对比，得到仿真模型中OPGW发生熔蚀损伤的温度判据为1850 K，72 C、125 C、154 C电荷作用下的熔蚀损伤体积分别为213.62 mm3、341.75 mm3、384.16 mm3，与实际实验结果误差为8.79%、10.5%、7.2%，该结果说明了仿真模型的准确性和有效性，该仿真模型能够指导实验，解释实验过程中的损伤机理。

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电荷转移量 放电间隙 复合光纤架空地线 实验方法 直接雷击损伤

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六氟化硫（SF6）气体因为具有良好的绝缘和灭弧性能，被广泛应用于电力设备中。然而，近年来，随着全球变暖形势日益严峻，而SF6又是一种强温室效应气体，其全球变暖潜能值高达CO2气体的约23900倍，因此，探寻环境友好型的SF6替代气体是非常必要和迫切的。近几年，以C4-PFN和C5-PFK为代表的一些SF6替代气体因为具有良好的绝缘性能和远低于SF6的环境危害而引起了学者的广泛关注。初步研究表明，此类气体在电力系统中具有非常好的应用前景。目前对于此类气体的基础绝缘与燃弧特性的研究较为匮乏。因此，本文针对CO2及其与C4-PFN/C5-PFK混合气体，围绕间隙条件下的击穿和燃弧特性这一核心问题，仿真与实验相结合，研究其基础绝缘性能和燃弧特性，为其在电力设备中的应用提供理论基础和技术指导。 本文首先对CO2及其与C4-PFN/C5-PFK混合气体击穿场强计算方法开展研究。针对高分子气体易液化的问题，采用安托万方程与气液平衡基本定律结合的方法，对多种单一气体、二元混合气体以及三元混合气体的饱和蒸气压特性进行对比分析，得到各种气体在不同压力和温度条件下的混合比例；提出采用相对全球变暖潜能值，评估在不改变电力设备尺寸的条件下，各种气体应用于电力设备时对于全球气候变暖的影响；针对冷态电击穿特性，基于密度泛函理论（DFT），计算了气体的多种微观参数，并通过数值拟合得到了临界击穿场强与极化率、电离能、电偶极矩间的关联关系，进而得到CO2、C4-PFN及C5-PFK等气体在300K温度下的临界击穿场强；进一步在300K~4000K温度下，通过求解玻尔兹曼方程，获得了CO2及其与C5-PFK混合气体的弧后电击穿特性与温度、压力和混合比例之间的定量关系。 其次，针对CO2及其与C4-PFN/C5-PFK混合气体的间隙击穿特性，开展了不同电极结构下的雷电冲击和工频电压击穿实验。基于对于CO2及其与C4-PFN/C5-PFK混合气体饱和蒸气压特性的研究，按照高电压电气设备实际应用的温度和充气压力条件，制定实验方案，分别对雷电冲击电压以及工频电压下，板板电极、棒板电极、针板电极、同轴电极以及隔离断口电极几种典型电极结构下的气体间隙击穿特性开展实验研究，对CO2及其与C4-PFN/C5-PFK混合气体的绝缘性能进行评估；在此基础上，基于对CO2及其与C4-PFN/C5-PFK混合气体的绝缘性能的研究，针对几种典型电力开关设备，制定适用于不同工况下的气体配方并开展了耐压实验，并已在工程设计中得到应用。 然后，针对CO2及其与C4-PFN/C5-PFK混合气体的基础燃弧特性开展了实验研究。设计了模拟直动式和压气式高压负荷开关的燃弧过程的实验装置，搭建了多参量综合测量的实验平台，针对CO2及其与C4-PFN/C5-PFK混合气体在拉弧以及喷口限制吹弧条件下的燃弧特性开展了实验研究，对燃弧过程中的电弧电压、电弧电流等电参量，电弧图像、电弧光谱等光学参量以及电流过零附近的零区特性进行了测量诊断。分析了不同燃弧实验中能量输入和能量耗散情况；基于Abel逆变换和Boltzmann斜线法，确定了多种气体燃弧过程中的电弧温度径向分布；结合Mayr电弧模型，对比了不同燃弧实验中CO2及其与C4-PFN/C5-PFK混合气体的开断性能。此外，还基于一台145kV三工位隔离开关，开展了母线转换电流开断实验，研究了C4-PFN-CO2混合气体在该种工况下的燃弧特性。 最后，针对电弧仿真难以定量、直接地评估断路器的开断性能和指导断路器优化设计的问题，本文提出了高压气体断路器燃弧过程仿真与弧后击穿评估相结合的方法，针对CO2气体应用于高压断路器的燃弧及弧后击穿特性开展研究。首先，建立了二维磁流体动力学电弧模型，通过与实验结果的对比对仿真模型进行了校验；其次，对CO2和SF6气体分别作为灭弧介质应用于高压气体断路器在短路电流开断过程中的燃弧和弧后过程进行了计算和分析，研究了充气压力对于CO2灭弧性能的影响，重点针对燃弧过程中的温度、压力以及气流场特性进行了对比分析；最后，通过弧后击穿评估，计算了不同恢复电压上升率和零前电流变化率下的弧后电流，得到了CO2与SF6气体的开断性能。 本文的研究工作有助于进一步掌握CO2及其与C4-PFN/C5-PFK混合气体的基础绝缘性能以及燃弧特性，可为CO2及其与C4-PFN/C5-PFK混合气体在电力设备中的应用提供一定的理论借鉴。

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C4-PFN C5-PFK SF6替代气体 电弧特性 临界击穿场强 热开断

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随着微纳卫星技术的不断发展，其在引力波探测、军事侦察、商业通信等领域展现出巨大的应用价值。微型电推进系统具备高比冲、微元冲量或微推力输出的特点，能够满足微纳卫星组网、星座等任务对姿轨控精密调控的需求，将大大提高微纳卫星执行复杂空间任务的能力。毛细管型脉冲等离子体推力器能够在较低功率水平下实现较高的总体效率，是具有良好发展前景的微型电推进系统，在近年来受到广泛关注。然而目前研究工作多针对推力器的工程应用展开，缺乏推力器放电参数、结构参数及工质选取对输出特性参数的规律与机制探索，也欠缺对推力器工作过程和总体效率的系统分析。因此，本文立足于毛细管推力器工作过程，对不同参数下放电特性、烧蚀特性、推力特性及羽流特性展开研究，对推力器设计及参数优化方法具有重要意义。 本文设计了毛细管推力器原理样机，建立了真空实验平台模拟推力器运行环境。搭建电学参数诊断系统，获得推力器典型放电电压和放电电流波形，计算等效弧道阻抗和沉积能量。利用微量天平测量并计算了推力器平均单次烧蚀质量。搭建光学诊断系统，获得推力器等离子体羽流光辐射图像和羽流形貌时空演化规律；采集不同条件下推力器羽流发射光谱，估算等离子体羽流电子温度和密度。设计并搭建基于挠性枢轴的扭摆型微冲量测量台架对推力器输出元冲量进行测量，微冲量测量系统最小分辨力可达0.5μNs。研制基于印制电路板的静电梳标定系统，获得了平坦的静电力输出曲线，当梳齿插入深度在5mm至16mm范围内变化时，静电力变化不超过±5%，能够有效降低测量系统标定误差。标定系统可输出稳态静电力10μN至4mN，等效冲量1μNs至1.6mNs，可满足微冲量测量系统宽范围在线标定需求。 本文对推力器放电和烧蚀特性展开系统研究，实验研究放电回路参数（包括不同放电电压、主电容容值、相同能量下不同电容与电压配合）、毛细管腔体结构（包括腔体长度、内径）、不同工质材料（聚四氟乙烯、超聚乙烯、聚甲醛）对推力器放电波形、等离子体等效弧道阻抗、沉积能量、能量沉积效率、平均单次烧蚀质量的影响规律。实验结果表明，当减小主电容电压、增大主电容容值时，均可以提高等离子体弧道等效电阻，提高弧道沉积能量和能量沉积效率。增大毛细管内径或减小腔体长度均会使弧道等效阻抗不断减小，沉积能量效率降低，不利于推力器总体效率的提高。单次平均烧蚀质量与放电能量正相关，并随腔体内径的增大而显著下降。对于三种工质而言，其相变起始温度影响主要工作过程，聚甲醛工质相变起始温度最低，在较低电弧温度下即可产生烧蚀，但由于超聚乙烯平均分子质量较小，在相同放电能量下，采用超聚乙烯工质时，推力器单次平均烧蚀质量最小。建立动力学烧蚀模型，对典型壁面温度和等离子体参数条件下的烧蚀规律进行分析。 在此基础上，利用微冲量测量系统，测量不同条件下毛细管型推力器输出元冲量，并计算获得比冲和总体效率参数。结果表明，提高单次放电能量，可以显著增大毛细管推力器元冲量和烧蚀质量，比冲和效率参数呈现出先增大后饱和的趋势。推力器输出元冲量、比冲和效率参数均随毛细管腔体内径的增加而减小；增大腔体长度可以提高推力器平均单次烧蚀质量并提高元冲量，但效率和比冲参数难以持续提升。建立磁流体动力学仿真模型对推力器工作过程进行仿真。推力器放电过程中，腔体内部等离子体温度受焦耳热功率影响较大，腔体内等离子体压强变化明显滞后于放电电流波形。在毛细管腔体内，等离子体速度在靠近出口处迅速获得提升。推力器总体效率受能量转移效率和等离子体加速效率的共同制约。增大毛细管腔体内径，长度以及放电能量可以改善放电腔体内等离子体的加速效率。 最后，研究毛细管型推力器等离子体羽流特性，获得不同条件对推力器羽流宏观图像羽流发散角的影响规律及推力器羽流动态演变特性，获得等离子体羽流参数的演变规律。提出基于光电二极管阵列与带通滤光片的飞行时间法对等离子体羽流宏观速度进行测量。在等离子体羽流起始阶段，端部呈现湍流特征，随着放电能量的沉积，等离子体羽流逐渐向层流过渡。获得推力器羽流发射光谱，发现在羽流喷射前期主要为一价电离的粒子对应谱线，后期为中性原子对应谱线。实验结果表明，随着放电能量的增加，推力器羽流等离子体温度和密度不断增加，第一等离子体团速度先增加后减小，第二等离子体团速度趋于平稳。腔体内径增大，减弱了等离子体热膨胀加速效果，使得羽流起始时刻滞后时间增长。毛细管内径1mm时，等离子体密度显著大于其它内径尺寸。随着毛细管腔体长度增大，推力器等离子体密度变化趋缓，但等离子体等效速度不断下降。

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等离子体推力器 等离子体羽流 放电特性 毛细管放电 推力特性

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基于1台开有观察窗的可拆试验模型,研究了C5F10O-CO2混合气体的自由燃弧特性,并测量了电弧电压、电流和发射光谱,通过Abel逆变换得到了电弧的二维分布特性.试验结果表明,CO2和28％ C5F10O-72％CO2混合气体的电弧比SF6气体波动更剧烈;在CO2气体中加入C5F10O后,气体电弧的稳定性得到改善,且能够显著降低电弧温度.

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C5F10O C5F10O-CO2 电弧温度 发射光谱 燃弧特性

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以CO2及其混合气体作为绝缘和灭弧介质的高压断路器已开始试运行，但实现设备小型化与大容量开断、使其可应用于更高的电压等级仍然是亟待解决的问题。系统完整地掌握CO2及其与C5-PFK等混合气体的物性参数，弧后击穿特性等重要的基础数据，并以此为基础建立混合气体电弧的磁流体动力学(Magnetohydrodynamics，MHD)仿真模型有助于加深对其电弧物理的认识，以及对电弧特性的有效控制，从而为CO2和C5-PFK混合气体断路器的产品研发提供重要理论基础和技术指导。 基于此，本文首先建立了纯CO2的局部热力学平衡态(LTE)物性参数模型，计算得到了压力范围0.1-0.8MPa、温度范围300-30000K的纯CO2的等离子体组分、热力学性质和输运系数，明确了物性参数随气体压力的变化规律，分析了德拜长度中离子项对物性参数的影响，加深了对CO2电弧等离子体内部的微观变化的认识，为CO2电弧仿真提供了有力的数据支持。 其次，对高绝缘性物质的C5-PFK和电负性气体O2对CO2物性参数的影响开展了研究，分析了不同CO2混合气体物性参数与等离子体温度、混合比例和气体压力的定量关系。重点比较了C5-PFK与CO2的混合气体与SF6的各物性参数的异同，从微观层面上分析新型环保气体作为灭弧介质的可能性。此外，还考虑了触头烧蚀等产生的金属铜蒸汽对CO2-O2混合气体各物性参数的影响规律。 随后，建立了热态CO2-C5-PFK等混合气体弧后电击穿模型，通过求解二阶近似玻尔兹曼方程，得到混合等离子体体系的电子能量分布函数，进而计算出折合电离和吸附反应系数，探索了热态混合气体的弧后电击穿特性，获得了弧后电击穿特性与温度、压力和混合比例之间的定量关系。结果表明，铜蒸汽的加入显著降低了1500 K以上温度范围内CO2的临界击穿场强，且加入O2和C5-PFK可有效提高热态CO2混合气体的电击穿强度。而低比例的C5-PFK可在1500 K以下增强CO2的绝缘强度，为评估和预测高压开关设备中弧后气体电击穿特性提供完备的数据基础。 最后，在实验研究和磁流体动力学仿真方面，本文首先搭建了实验平台，测量了纯CO2和CO2-C5-PFK混合气体自由燃弧状态的电弧电压以及电弧图像。为验证本文计算的物性参数的有效性，将结算结果作为输入参数建立了不同气体自由燃弧的磁流体动力学仿真模型，其结果与实验结果比照，获得了较好的一致性。然后基于126 kV压气式断路器模型，建立小电流衰减过程仿真模型。探索分析电流从1 kA衰减到零的过程中，灭弧室内电弧的演变过程，用以仿真断路器中电流过零前的电弧行为。结果表明，在CO2中加入C5-PFK等气体，可以降低其电流过零前的电弧温度，减小电弧半径，在一定程度上，有利于提高CO2的灭弧特性。 本文获取的CO2和C5-PFK混合气体物性参数和建立的电弧MHD模型丰富和发展了高压气体开断电弧理论，并为新一代环境友好高压气体断路器的工程研制和优化提供了重要基础。

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C5-PFK CO2 SF6 替代气体 电弧特性 临界击穿场强 物性参数

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作为电力系统的控制与保护设备，高压SF6断路器的一个主要功能是开断短路电流，开断过程中弧触头间会产生电弧，短路电流能否成功被开断与SF6电弧的特性紧密相关。由于电弧热量极高，其运动过程中不可避免地要对弧触头造成烧蚀。烧蚀产生的铜蒸气与SF6混合后形成SF6-Cu电弧，其特性与纯SF6电弧相比有明显差异。然而，目前SF6-Cu电弧的研究存在基础数据不全、相关机理尤其是粒子输运机理的研究尚不透彻等问题，难以准确预测触头烧蚀对高压断路器开断性能的影响。为了完善SF6-Cu电弧的基础数据库，进一步揭示粒子输运过程的微观机理，本文围绕SF6-Cu电弧粒子输运特性与磁流体行为开展研究。首先建立了粒子组分、统计热力学性质、动力学输运系数、辐射输运系数、绝缘击穿特性等微观参数计算模型，同时与文献中的理论估算和实验测量值对比，验证模型的有效性，最后以物性参数为输入数据进行SF6-Cu电弧磁流体动力学仿真研究，并将仿真获得的电弧特性与实验诊断的结果进行对比。 粒子组分描述电弧等离子体的化学组成及其含量，是研究电弧微观特性的基础。在局域热力学平衡的假设下，本文基于Gibbs自由能最小化原理建立了考虑非气态成分的SF6-Cu电弧粒子组分计算模型，并在Debye-Hückel修正的基础上，根据标准热力学函数的定义计算了SF6-Cu电弧的质量密度、比焓、定压比热等统计热力学参数。研究发现：铜在低温区间主要以固体或液态CuF2的形式存在，其相变时会造成比焓和比热的突变；电子数密度随铜浓度增加而增大；Debye-Hückel效应随压力的增大而增强，并使得电弧密度降低、比焓升高，而对比热的影响则随温度的变化而变化，从而使得电弧等离子体传导和耗散热量的能力受压力和温度影响。 在Chapman-Enskog理论的指导下，本文使用类Lennard-Jones唯象势、极化势、库伦势等作用势描述中性粒子之间、带电粒子之间、中性粒子与离子、电子与中性粒子之间的4种相互碰撞作用并获得碰撞积分，以此为基础分别计算了SF6-Cu电弧的电导率、粘性系数、热导率以及由浓度梯度、温度梯度、压力梯度和电场驱动导致的4种混合扩散系数。研究表明：SF6-Cu电弧等离子体的电导率在5000–16000 K温度段随铜含量的增加而增大，但在16000–30000 K温度段则随铜浓度的增加而减小；粘性系数的峰值随铜浓度的增加而出现明显降低。 辐射是光量子的集合，描述辐射过程的光子输运方程也是粒子输运方程的一种形式。本文以SF6-Cu电弧为对象建立了两种辐射输运模型：净辐射模型和P-1辐射模型，并在原子和分子光谱辐射研究的基础上，分别计算了这两种模型的关键参数：净辐射系数和平均吸收系数。研究发现：低温时，共振谱线是净辐射系数的主要成分，而高温时则由非共振谱线占据主导；净辐射系数的大小随电弧半径的增大而下降，随铜含量的增加而上升，并随压力的增大而向低温方向移动；铜含量对波段4（149.9–299.8 nm）和波段5（299.8–3000 nm）的Planck平均吸收系数的影响较为明显。 为了更好地理解铜蒸气对SF6电弧绝缘击穿特性的影响，本文从描述电子输运过程的Boltzmann方程出发，通过对方程的二阶近似求解，依次获得了不同条件下SF6-Cu电弧的电子能量分布函数、约化电离系数、约化电子吸附系数以及约化临界击穿场强。研究表明：非气态粒子的相变会造成电子能量分布函数阶跃式的变化，从而使得临界击穿场强出现断崖式下降；铜显著增强了SF6电弧弧后过程的电离能力，但对电子吸附过程的影响很弱；当温度低于2800 K时，有效电离系数随铜浓度的增加而增大，因此临界击穿场强相应减小，但当温度高于2800 K时，临界击穿场强的值出现了上升。 最后，本文利用前面获得的微观物性参数，通过Navier-Stokes流体方程组、Maxwell电磁场方程组和铜蒸气守恒方程的耦合求解，建立了考虑弧触头烧蚀的SF6-Cu电弧磁流体动力学模型，模拟了断路器开断短路电流过程中电弧等离子体的瞬态过程，获得了灭弧室内的温度、铜蒸气浓度等场变量的分布情况，分析了弧触头烧蚀对电弧温度的影响，并与实验诊断获得的灭弧室内的压力、温度、电弧电压、铜浓度定性分布等进行了对比研究。研究显示，SF6-Cu电弧与纯SF6电弧相比，弧柱中心靠近实心触头表面的温度更低，且弧柱半径更小。这主要是因为铜比氟和硫这样的非金属元素的谱线辐射强度更高、辐射系数更大，因而对电弧的冷却作用也更加明显。

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SF6-Cu电弧 磁流体动力学 动力学输运 辐射输运 绝缘击穿

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