真空电弧多物理场仿真与微观流场动态观测

摘要

通过建立考虑铜蒸气物性的真空电弧自生多物理场耦合模型，将仿真模拟与试验研究相结合，对真空断路器中电弧特性的行为规律进行定性和定量研究。利用COMSOL Multiphysics仿真分析电弧燃烧过程中温度、压力、速度、电流密度、磁场强度等关键参量及多物理场耦合作用机理。研究结果表明：等离子体温度、压力、电流密度等参数呈倒锥状分布，阴极表面温度始终高于阳极表面温度，阳极表面电流密度分布直径明显大于阴极表面电流密度分布直径；等离子体轴向速度呈纺锤形分布，径向速度呈正梯形分布，存在较大轴向和径向速度梯度；磁场强度呈环状分布。结合微观流场动态观测试验，仿真结果与电弧照片具有良好的一致性，与传统磁流体仿真模型相比，试验模型电弧形态自生，轮廓细节特征呈现丰富。

关键词

真空电弧 / 多物理场 / 动态流场 / 观测 / 耦合