三维MHD建模：密闭容器内空气故障电弧研究

"密闭容器内空气故障电弧的MHD建模——李美，吴益飞，吴翊，杨飞。本文通过磁流体动力学理论建立了一个三维电弧模型，研究交流电下金属棒状电极在密闭容器内产生的故障电弧现象和特征。模型综合考虑了流场、温度场、电磁场、湍流和辐射的耦合作用，计算了电弧等离子体的温度、压力分布和电弧电压，并分析了内部压力变化。提出了热传递系数kp，用于量化电弧能量导致的压力上升，仿真结果与实验结果相符，验证了模型的准确性。关键词：故障电弧，磁流体动力学，空气电弧，压力特性，仿真。" 本文详细探讨了在密闭容器内空气介质中发生故障电弧的建模方法，采用磁流体动力学（MHD）理论作为基础。MHD是一种研究电导率流体在磁场中的运动的科学，对于理解和模拟电弧等离子体的行为尤其有用。在故障电弧的研究中，这种理论可以提供关于电弧动力学、热交换和电磁效应的深入见解。 作者构建了一个三维的电弧模型，该模型特别关注在交流电流条件下，两个金属棒状电极之间产生的故障电弧。模型的复杂性体现在它考虑了多个物理场的相互作用，包括流体力学、热力学、电磁学和湍流现象，以及辐射对电弧行为的影响。通过这种方式，模型能够更真实地模拟实际环境下的电弧过程。 在数值分析过程中，模型计算了电弧等离子体的温度和压力分布，这对于理解电弧的动态特性和其对容器内环境的影响至关重要。特别是在密闭空间中，电弧产生的热量会导致内部压力显著上升，这可能对设备的结构完整性造成威胁。文中提出的热传递系数kp，是一个新的参数，它量化了电弧能量转化为压力上升的能量比例，这在以前通常是通过实验来测定的。 此外，通过对比仿真结果和实验数据，作者验证了所建立的MHD模型的有效性。电弧电压、电弧功率以及kp值的仿真结果与实验测量值的一致性，进一步证明了模型的准确性和可靠性。这些研究结果对于故障电弧的预测、安全防护设计以及故障诊断技术的改进具有重要意义，特别是在电力系统和电气设备的故障预防领域。 总结来说，这篇论文通过MHD模型对密闭容器内的空气故障电弧进行了全面的理论和数值分析，揭示了电弧行为的关键特征，并提出了新的热传递系数概念。这项工作不仅加深了我们对故障电弧物理机制的理解，也为相关领域的研究提供了有力的理论工具。