真空开关电弧流场特性及其可视化研究

Reserches on the flow field characteristics and burning process of vacuum switching arc are necessary to the development of vacuum chambers with excellent performance. Studying of the motion law of arc fluid and particle in the interrupter from qualitative and quantitative aspect respectively is the basic content of vacuum arc flow characteristics research.Aming at the vacuum arc flow field characteristics,basic scientific researches on the arc flow field structure, arc distribution law and inner mechanism of arc heat transfer by using PIV(particle image velocimetry)technique are carrying out， and high-precision measurements of arc flow field motion parameters are investigated; The he slipping area and rate of vacuum arc on the surface of contacts were calculated by using micro-PIV; building vacuum arc visualization model ,and flow field characteristics of breaking process are studied from experiment and scientific calculation. This project aims to reveal the arc flow field distribution law, vortex characteristics ,wall sliding and visualization by using new laboratory diagnostic technique. All these lay down a soild theoretical base and experimental technology foundation for the researches on solving the regulation and controlling of vacuum circuit breakers and developing new type vacuum circuit breakers.

性能优异的真空灭弧室的发展迫切需要对真空电弧的流动特性和燃烧过程进行深入研究。从定性和定量两个方面分别描述真空灭弧室内部电弧流体和粒子的运动规律是研究流动特性最基本内容。本项目针对真空开关电弧流场特性，采用图像测速技术对电弧流场结构、分布规律及其迁移转化机制进行基础性科学研究，分析电弧流场内部产生流动漩涡流，实现电弧流场运动参数高精度测量；运用显微粒子图像检测技术实现电弧在电极表面的壁面滑动微流场流动现象研究；建立真空开关电弧流场可视化模型，从实验和科学计算两个角度实现真空开关开断过程流场特性可视化研究。本项目旨在运用新的实验检测技术实现真空开关电弧流场分布规律、漩涡流特征、壁面滑动特性及可视化研究，以找到有效的电弧流场调控手段，进一步丰富和发展真空电弧理论，为解决真空开关电弧调控难题和研制出新型真空灭弧室奠定理论和实验技术基础。

对真空电弧的流动特性和燃烧过程进行深入研究对性能优异的真空灭弧室的发展有着重要的研究意义。本项目从定性和定量两个方面分别对真空灭弧室内部电弧流体和粒子的运动规律进行了实验研究。针对真空开关电弧流场特性，采用图像测速技术对电弧流场结构、分布规律及其迁移转化机制进行基础性科学研究，分析电弧流场内部产生流动漩涡流，实现电弧流场运动参数高精度测量；运用显微粒子图像检测技术实现电弧在电极表面的壁面滑动微流场流动现象研究；建立真空开关电弧流场可视化模型，从实验和科学计算两个角度实现真空开关开断过程流场特性可视化研究。通过项目的实施，得到了阴极斑点尺寸特征，并对起弧阶段、熄弧阶段的阴极斑点在电极表面的裂变过程进行了分析；实现了电弧燃烧过程中的几何变化特征量化分析，通过纹理特征和熵对电弧进行了可视化描述；并对电弧在真空间隙中的漩涡流进行了分析，得到了其矢量图；同时对电极触头表面进行了角点定位，实现了触头在操动机构作用下的运动特性诊断，为电弧动态特性研究提供了技术支持。本项目旨在运用新的实验检测技术实现真空开关电弧流场分布规律、漩涡流特征、壁面滑动特性及可视化研究，以找到有效的电弧流场调控手段，进一步丰富和发展真空电弧理论，为解决真空开关电弧调控难题和研制出新型真空灭弧室奠定理论和实验技术基础。