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开关电器计算学
作者：荣命哲，吴翊 著
出版社：科学出版社
出版时间：2018-11-01
ISBN：9787030581655
定价：¥198.00
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内容简介
《开关电器计算学》以开关电器领域多年的研究工作成果为基础，力图反映近年来国内外有关研究成果和发展动态。《开关电器计算学》内容以理论研究为主，以实践经验为辅，通过对开关电器关键部件特性的准确数字化仿真为基础构建开关电器计算学理论方法体系，同时紧密结合实际工程应用，给出大量的技术实例。 《开关电器计算学》共九章。第 1～5 章以电弧计算模型为主，内容包含电弧仿真的基础理论与计算方法、弧后介质恢复过程的特殊性分析、开关柜内部故障燃弧的计算以及服务于电弧仿真模型的物性参数计算与诊断手段；第 6～8 章以开关电器的机构特性、动热稳定性为对象，介绍对应的分析方法；第 9 章列举开关电弧的典型计算实例。
作者简介
暂缺《开关电器计算学》作者简介
目录
目录
前言
第1章 开关分断过程电弧仿真基础与计算 1
1.1电弧基本物理过程 2
1.2电弧磁流体动力学模型 3
1.2.1气流场控制方程 4
1.2.2电磁场控制方程 6
1.3辐射模型 8
1.4湍流模型 12
1.5电弧模型求解 15
1.5.1控制方程组的离散化 15
I.5.2 Fluent软件二次开发 16
1.6空气电弧栅片切割仿真22
1.6.1电弧仿真数学模型和边界条件 23
1.6.2电弧模型求解方法 31
1.6.3考虑铁栅片烧蚀的电弧切割过程仿真结果 31
1.7SF6喷口电弧仿真 34
1.7.1SF6电弧模型磁流体动力学建模 35
1.7.2超声速SF6喷口电弧稳态特性 40
1.8本章小结 42
参考文献 43
第2章 弧后介质恢复过程计算与分析 46
2.1热非平衡行为 48
2.1.1热非平衡行为的成因 48
2.1.2研究现状 49
2.1.3双温模型建模 50
2.1.4计算实例 54
2.2化学菲平衡行为 61
2.2.1化学非平衡行为的成因 61
2.2.2研究现状 63
2.2.3化学非平衡电弧建模 64
2.2.4计算实例 74
2.3电子能量的非麦克斯韦分布行为 82
2.3.1电子能量偏离麦克斯韦分布的成因 82
2.3.2研究现状 83
2.3.3高温气体临界击穿场强计算模型 83
2.4本章小结 86
参考文献 87
第3章 开关柜内部故障电弧的计算与分析 92
3.1内部故障电弧简介 93
3 ¨故障电弧的基本特性 94
3.1.2故障电弧的物理效应及危害 94
3.2内部故障电弧研究的国内外现状 96
3.3内部故障电弧的计算方法 97
3.3.1标准计算法 98
3.3.2改进标准计算法 101
3.3.3CFD法 102
3.3.4磁流体动力学法 104
3.4不同计算方法典型结果及分析 1 12
3.4.1标准计算法结果及分析 1 12
3.4.2CFD法结果及分析 114
3.4.3磁流体动力学法结果及分析 115
3.5本章小结 123
参考文献 124
第4章 电弧等离子体物性参数计算 127
4.1局部热力学平衡电弧等离子体物性参数计算 127
4.1.1配分函数 127
4.1.2粒子组分 130
4.1.3热力学参数 132
4.1.4碰撞积分与输运系数 133
4.2非热力学平衡电弧等离子体物性参数计算 140
4.2.1双温模型的基本假设 140
4.2.2双温等离子体组分计算 141
4.2.3双温等离子体热力学系数计算 145
4.2.4双温等离子体输运系数计算 147
4.3化学非平衡电弧等离子体物性参数计算 152
4.4电弧等离子体辐射输运系数计算 154
4.4.1电弧净辐射模型与净辐射系数 155
4.4.2电弧P I辐射模型与平均吸收系数 162
4.5本章小结 165
参考文献 166
第5章 开关电弧等离子体相关参数的测量 171
5.1介绍 171
5.2原子发射光谱法测量温度与电子数密度 172
5.2.1实验原理 172
5.2.2应用实例 175
5.3原子吸收光谱法测原子数密度 179
5.3.1实验原理 179
5.3.2应用实例 181
5.3.3实验结果 182
5.3.4局限性 183
5.4激光汤姆孙散射法测温度与电子数密度 183
5.4.1实验原理 184
5.4.2应用实例 186
5.4.3局限性 187
5.5电弧形态测量 188
5.5.1高速摄影仪测量原理 189
5.5.2测量实验与分析 189
5.6电弧热辐射测量 190
5.6.1实验原理 191
5.6.2应用实例 192
5.7电弧光学测量的基本概念 195
5.7.1光谱的线型与主要展宽机钊 195
5.7.2光度学相关基本概念 198
参考文献 199
第6章 开关电器的热计算 202
6.1开关电器热计算的基本方法 203
6.1.1开关电器热源的计算 203
6.1.2开关电器传热过程分析 209
6.1.3开关电器的热计算模型 212
6.2低压断路器稳态热计算 215
6.2.1基于气流场分析的塑壳断路器热分析方法 216
6.2.2基于散热系数的塑壳断路器稳态发热简化分析方法 227
6.3高压断路器热分析 233
6.3.1高压断路器发热计算 233
6.3.2高压断路器散热计算 239
6.4本章小结 242
参考文献 243
第7章 电动力计算与分析 244
7.1电力系统中短路电流分类与计算 244
7.1.1电力系统中短路电流的分类 244
7.1.2短路电流的计算方法 245
7.2电动力计算原理与方法 250
7.2.1洛伦兹力的计算方法 251
7.2.2霍尔姆力的计算方法 251
7.3低压电器电动力建模方法 254
7.3.1框架断路器短路电流电动力计算 254
7.3.2塑壳断路器短路电流电动力计算 274
7.4高压电器短路电流电动力建模与分析 279
7.4.1高压电器短路电流电动力建模 279
7.4.2高压电器短路电流电动力计算与分析 282
7.5本章小结 294
参考文献 294
第8章 开关电器操动机构的计算与分析 296
8.1弹簧机构的计算与分析 297
8.1.1中压弹簧机构的仿真建模与故障讼断 298
8.1.2低压弹簧机构的仿真建模与优化设计 306
8.2液压机构的计算与分析 313
8.2.1液压机构的仿真建模 314
8.2.2液压机构缓冲结构的优化设计 322
8.3永磁机构的计算与分析 326
8.3.1中压永磁机构的仿真建模与故障诊断 327
8.3.2低压永磁机构的仿真建模与优化设计 331
8.4本章小结 344
参考文献 345
第9章 开关电弧的仿真实例 347
9.1微型断路器电弧仿真 347
9.1.1微型断路器介绍 347
9.1.2微型断路器几何模型简化 349
9.1.3微型断路器电弧材料属性设置 351
9.1.4微型断路器电弧仿真边界条件设置 353
9.1.5计算结果 356
9.2高压SF6断路器电弧仿真 369
9.2.1高压SF6断路器几何模型简化 369
9.2.2湍流模型 369
9.2.3辐射模型 370
9.2.4高压SF6断路器材料属性设置 370
9.2.5高压SF6断路器电弧仿真边界条件的设置 370
9.2.6计算结果 373
参考文献 375
前言
第1章 开关分断过程电弧仿真基础与计算 1
1.1电弧基本物理过程 2
1.2电弧磁流体动力学模型 3
1.2.1气流场控制方程 4
1.2.2电磁场控制方程 6
1.3辐射模型 8
1.4湍流模型 12
1.5电弧模型求解 15
1.5.1控制方程组的离散化 15
I.5.2 Fluent软件二次开发 16
1.6空气电弧栅片切割仿真22
1.6.1电弧仿真数学模型和边界条件 23
1.6.2电弧模型求解方法 31
1.6.3考虑铁栅片烧蚀的电弧切割过程仿真结果 31
1.7SF6喷口电弧仿真 34
1.7.1SF6电弧模型磁流体动力学建模 35
1.7.2超声速SF6喷口电弧稳态特性 40
1.8本章小结 42
参考文献 43
第2章 弧后介质恢复过程计算与分析 46
2.1热非平衡行为 48
2.1.1热非平衡行为的成因 48
2.1.2研究现状 49
2.1.3双温模型建模 50
2.1.4计算实例 54
2.2化学菲平衡行为 61
2.2.1化学非平衡行为的成因 61
2.2.2研究现状 63
2.2.3化学非平衡电弧建模 64
2.2.4计算实例 74
2.3电子能量的非麦克斯韦分布行为 82
2.3.1电子能量偏离麦克斯韦分布的成因 82
2.3.2研究现状 83
2.3.3高温气体临界击穿场强计算模型 83
2.4本章小结 86
参考文献 87
第3章 开关柜内部故障电弧的计算与分析 92
3.1内部故障电弧简介 93
3 ¨故障电弧的基本特性 94
3.1.2故障电弧的物理效应及危害 94
3.2内部故障电弧研究的国内外现状 96
3.3内部故障电弧的计算方法 97
3.3.1标准计算法 98
3.3.2改进标准计算法 101
3.3.3CFD法 102
3.3.4磁流体动力学法 104
3.4不同计算方法典型结果及分析 1 12
3.4.1标准计算法结果及分析 1 12
3.4.2CFD法结果及分析 114
3.4.3磁流体动力学法结果及分析 115
3.5本章小结 123
参考文献 124
第4章 电弧等离子体物性参数计算 127
4.1局部热力学平衡电弧等离子体物性参数计算 127
4.1.1配分函数 127
4.1.2粒子组分 130
4.1.3热力学参数 132
4.1.4碰撞积分与输运系数 133
4.2非热力学平衡电弧等离子体物性参数计算 140
4.2.1双温模型的基本假设 140
4.2.2双温等离子体组分计算 141
4.2.3双温等离子体热力学系数计算 145
4.2.4双温等离子体输运系数计算 147
4.3化学非平衡电弧等离子体物性参数计算 152
4.4电弧等离子体辐射输运系数计算 154
4.4.1电弧净辐射模型与净辐射系数 155
4.4.2电弧P I辐射模型与平均吸收系数 162
4.5本章小结 165
参考文献 166
第5章 开关电弧等离子体相关参数的测量 171
5.1介绍 171
5.2原子发射光谱法测量温度与电子数密度 172
5.2.1实验原理 172
5.2.2应用实例 175
5.3原子吸收光谱法测原子数密度 179
5.3.1实验原理 179
5.3.2应用实例 181
5.3.3实验结果 182
5.3.4局限性 183
5.4激光汤姆孙散射法测温度与电子数密度 183
5.4.1实验原理 184
5.4.2应用实例 186
5.4.3局限性 187
5.5电弧形态测量 188
5.5.1高速摄影仪测量原理 189
5.5.2测量实验与分析 189
5.6电弧热辐射测量 190
5.6.1实验原理 191
5.6.2应用实例 192
5.7电弧光学测量的基本概念 195
5.7.1光谱的线型与主要展宽机钊 195
5.7.2光度学相关基本概念 198
参考文献 199
第6章 开关电器的热计算 202
6.1开关电器热计算的基本方法 203
6.1.1开关电器热源的计算 203
6.1.2开关电器传热过程分析 209
6.1.3开关电器的热计算模型 212
6.2低压断路器稳态热计算 215
6.2.1基于气流场分析的塑壳断路器热分析方法 216
6.2.2基于散热系数的塑壳断路器稳态发热简化分析方法 227
6.3高压断路器热分析 233
6.3.1高压断路器发热计算 233
6.3.2高压断路器散热计算 239
6.4本章小结 242
参考文献 243
第7章 电动力计算与分析 244
7.1电力系统中短路电流分类与计算 244
7.1.1电力系统中短路电流的分类 244
7.1.2短路电流的计算方法 245
7.2电动力计算原理与方法 250
7.2.1洛伦兹力的计算方法 251
7.2.2霍尔姆力的计算方法 251
7.3低压电器电动力建模方法 254
7.3.1框架断路器短路电流电动力计算 254
7.3.2塑壳断路器短路电流电动力计算 274
7.4高压电器短路电流电动力建模与分析 279
7.4.1高压电器短路电流电动力建模 279
7.4.2高压电器短路电流电动力计算与分析 282
7.5本章小结 294
参考文献 294
第8章 开关电器操动机构的计算与分析 296
8.1弹簧机构的计算与分析 297
8.1.1中压弹簧机构的仿真建模与故障讼断 298
8.1.2低压弹簧机构的仿真建模与优化设计 306
8.2液压机构的计算与分析 313
8.2.1液压机构的仿真建模 314
8.2.2液压机构缓冲结构的优化设计 322
8.3永磁机构的计算与分析 326
8.3.1中压永磁机构的仿真建模与故障诊断 327
8.3.2低压永磁机构的仿真建模与优化设计 331
8.4本章小结 344
参考文献 345
第9章 开关电弧的仿真实例 347
9.1微型断路器电弧仿真 347
9.1.1微型断路器介绍 347
9.1.2微型断路器几何模型简化 349
9.1.3微型断路器电弧材料属性设置 351
9.1.4微型断路器电弧仿真边界条件设置 353
9.1.5计算结果 356
9.2高压SF6断路器电弧仿真 369
9.2.1高压SF6断路器几何模型简化 369
9.2.2湍流模型 369
9.2.3辐射模型 370
9.2.4高压SF6断路器材料属性设置 370
9.2.5高压SF6断路器电弧仿真边界条件的设置 370
9.2.6计算结果 373
参考文献 375
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