本書提出基于電弧能量熱等效的開關柜內部短路燃弧壓力升計算方法，開展不同間隙距離、不同短路電流下封閉容器內部間隙的短路燃弧試驗，獲得封閉容器內部壓力升與熱轉換系數kp的變化規(guī)律，驗證計算方法的可行性。結合7.2kV空氣絕緣高壓開關柜內部三相短路燃弧試驗參數，分別對電纜室、斷路器室和母線室發(fā)生內部短路燃弧時的壓力升分布規(guī)律進行研究，分析不同的泄壓蓋開啟條件下泄壓通道的泄壓效率，獲得了泄壓蓋的安全開啟角度。針對現有開關柜泄壓蓋開啟壓力較大、泄壓通道對高壓高溫氣流缺乏有效引導等問題，提出并柜條件下泄壓通道改進設計方案并對其結構參數進行優(yōu)化，實現了泄壓通道與柜門的最優(yōu)壓力配合。為減少開關柜內部短路燃弧產生的高溫高壓氣流對周圍設備、建筑物和工作人員的影響，提出基于金屬網格能量吸收器的熱-力效應防護方法，分析泄壓口附近安裝金屬網格能量吸收器時對氣流溫度和速度的減弱效果，并分析金屬網格能量吸收器參數對防護效果的影響。
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1992/09 - 1995/12，華中理工大學，電力工程系，博士
1990/09 - 1992/06，華中理工大學，電力工程系，碩士
1986/09 - 1990/06，華中理工大學，電力工程系，本科2000/08 - 至今，武漢大學，電氣工程學院，教授
2000/01 - 2000/07，武漢水利電力大學，電力工程系，教授
1998/01 - 1999/12，武漢水利電力大學，電力工程系，副教授
1996/01 - 1997/12，武漢水利電力大學，電力工程系，博士后研究人員“電磁多物理場分析關鍵技術及其在電工裝備虛擬設計與狀態(tài)評估的應用”獲2017年湖北省科技進步一等獎（本人排名第一）武漢大學“珞珈特聘教授”，IEEE會員，中國電機工程學會輸電線路專業(yè)委員會委員，湖北省電工技術學會副理事長，湖北省電機工程學會直流輸電專委會副理事長
目錄
第1章 緒論/1
1.1 開關柜內部短路燃弧的破壞效應/2
1.2 國內外研究現狀/4
1.2.1 開關柜內部短路燃弧壓力升計算方法/4
1.2.2 電弧能量模型研究/6
1.2.3 開關柜內部短路燃弧壓力升試驗與仿真研究/8
1.2.4 開關柜內部短路燃弧壓力效應抑制措施研究/13
1.3 本書主要內容安排/14
第2章 開關柜內部短路燃弧壓力升計算模型/16
2.1 開關柜內部短路燃弧特性分析/17
2.1.1 開關柜內部短路燃弧熱-力效應/17
2.1.2 開關柜內部短路燃弧能量平衡機制/19
2.2 基于電弧能量熱等效的壓力升計算模型/21
2.2.1 多物理場控制方程/21
2.2.2 湍流模型/25
2.2.3 理想氣體模型/26
2.2.4 多物理場耦合求解方法/28
2.2.5 計算模型的實現流程/30
2.3 短路燃弧爆炸沖擊波相關理論/31
2.3.1 一維等熵流動基本方程/32
2.3.2 弱擾動波過程/33
2.3.3 強擾動波過程/35
2.3.4 壁面對沖擊波的反射作用/37
2.4 本章小結/39
第3章 封閉容器內部短路燃弧試驗及熱轉換系數計算/40
3.1 封閉容器內部短路燃弧試驗平臺及方法/41
3.1.1 試驗回路及封閉容器/41
3.1.2 測量設備/43
3.1.3 試驗方法與步驟/45
3.2 封閉容器內部短路燃弧特性分析/46
3.2.1 電弧的燃燒特性/46
3.2.2 弧壓隨電流的變化規(guī)律/47
3.2.3 弧壓的影響因素分析/49
3.3 封閉容器內部壓強變化規(guī)律分析/51
3.3.1 壓強隨燃弧時間的變化/51
3.3.2 壓強波形的頻譜特性分析/52
3.3.3 壓強隨電弧功率的變化/53
3.3.4 壓強隨電弧能量的變化/54
3.4 封閉容器內部壓力升計算/55
3.4.1 計算方法驗證/55
3.4.2 電弧尺寸的影響/56
3.5 kp計算方法及變化規(guī)律/57
3.5.1 kp計算方法/57
3.5.2 kp變化規(guī)律/58
3.6 本章小結/61
第4章 開關柜內部短路燃弧試驗及模型簡化方法/62
4.1 開關柜內部短路燃弧試驗/63
4.1.1 開關柜模型介紹/63
4.1.2 試驗參數及布置/65
4.1.3 短路功率計算/67
4.2 開關柜模型簡化/72
4.2.1 模型簡化方法/72
4.2.2 簡化模型/74
4.3 不同簡化模型內部短路燃弧壓力升對比/76
4.3.1 網格劃分方法/76
4.3.2 網格無關性驗證/81
4.3.3 時間步長對計算結果的影響/83
4.3.4 不同簡化模型計算結果對比/85
4.4 本章小結/89
第5章 開關柜內部短路燃弧壓力升分布計算/91
5.1 封閉條件下柜體內部壓力升分布計算/92
5.1.1 電纜室內部壓力升分布計算/93
5.1.2 斷路器室內部壓力升分布計算/95
5.1.3 母線室內部壓力升分布計算/97
5.1.4 開關柜內部短路燃弧沖擊特性分析/99
5.2 開關柜泄壓蓋和柜門動力學分析/105
5.2.1 開關柜泄壓通道介紹/105
5.2.2 泄壓蓋開啟壓力閾值計算/106
5.2.3 柜門和隔板耐壓強度計算/112
5.3 泄壓蓋開啟時柜門和隔板壓力計算/116
5.3.1 泄壓效率的定義/116
5.3.2 電纜室柜門壓力計算/116
5.3.3 斷路器室柜門壓力計算/117
5.3.4 母線室隔板壓力計算/118
5.4 本章小結/119
第6章 開關柜泄壓通道優(yōu)化設計/120
6.1 開關柜泄壓通道改進設計方法/121
6.1.1 現有泄壓通道的不足/121
6.1.2 泄壓通道改進設計方案/122
6.2 考慮泄壓口的壓力升SCM/124
6.2.1 可壓縮氣體的伯努利方程/124
6.2.2 考慮泄壓口的SCM推導/126
6.2.3 計算方法與流程/129
6.2.4 SCM與CFD法計算結果對比/130
6.3 基于NSGA-II的改進泄壓通道參數優(yōu)化設計/131
6.3.1 NSGA-II相關理論/131
6.3.2 改進泄壓通道參數優(yōu)化設計/135
6.4 改進泄壓通道泄壓效率分析/139
6.5 本章小結/143
第7章 金屬網格能量吸收器熱-力效應防護效果分析/145
7.1 金屬網格能量吸收器作用原理/146
7.2 金屬網格能量吸收器建模方法/147
7.2.1 能量吸收模型/147
7.2.2 流動阻力模型/148
7.2.3 具體實現方法/150
7.3 金屬網格能量吸收器效果仿真分析/151
7.3.1 計算模型/151
7.3.2 防護效果分析/151
7.4 影響因素分析/154
7.4.1 網格排列方式對防護效果的影響/154
7.4.2 網格條直徑對防護效果的影響/155
7.4.3 網格層數對防護效果的影響/157
7.4.4 網格橫縱節(jié)距比對防護效果的影響/158
7.4.5 能量吸收器放置位置對防護效果的影響/159
7.5 本章小結/160
參考文獻/162
后記/174
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