真空电弧铜铬合金阳极热过程仿真研究

"考虑合金蒸发的真空电弧铜铬阳极热过程仿真" 在真空断路器技术中，阳极的热过程是决定其开断能力的关键因素之一。这篇由周志鹏、刘志远等人发表的论文《考虑合金蒸发的真空电弧铜铬阳极热过程仿真》探讨了这一主题，特别关注了合金成分对阳极蒸发过程的影响。以往的研究往往忽略了合金材料对电弧特性的具体作用，而本研究则填补了这一空白。 论文中提到，他们基于现有的纯铜阳极热过程模型，开发了一种新的计算方法，用于模拟铜铬合金触头的熔化、凝固以及蒸发过程。铜铬合金因其优异的抗电弧侵蚀性能和良好的导电性，常被用作真空灭弧室的触头材料。然而，合金成分的变化会改变其热物理性质，进而影响电弧的动态行为。 作者们通过研究发现，弧后阳极温度的衰减有两种不同的模式。一种是小电流扩散态电弧下，温度平滑下降的模式；另一种模式在大电流聚集态真空电弧中出现，温度下降过程中有一个“水平段”，这个“水平段”的持续时间与注入阳极的热流幅值直接相关。这意味着电流大小和电弧状态对阳极冷却速率有着显著影响。 此外，他们还比较了不同铬含量的铜铬合金触头的热过程规律。结果显示，随着铬含量的增加，阳极温度先上升后下降，呈现CuCr50>CuCr25>Cu的顺序；而阳极温度衰减速度则呈现出CuCr50<CuCr25<Cu的趋势，表明铬含量较高的合金在冷却速度上相对较慢。同时，电流过零时刻的阳极蒸气压与铬含量的关系为Cr>CuCr75>CuCr50>CuCr25>Cu，说明铬的蒸发特性对电弧环境的形成和维持起着重要作用。 在铬含量为25%时，阳极完全熔化区的体积最小，这可能意味着在这一比例下，合金的热稳定性和电弧抑制效果达到了一个较好的平衡。这一发现对于优化触头材料的配比和提高真空断路器的性能具有实际指导意义。 这篇论文通过数值仿真深入研究了铜铬合金阳极在真空电弧中的热过程，揭示了合金蒸发对电弧特性及阳极热响应的具体影响，为真空断路器的设计和改进提供了理论依据。其成果对于理解真空电弧的物理机制以及提升电力设备的性能具有重要价值。