Sina Visitor System高压断路器弧前微观机理研究--《沈阳工业大学》2013年博士论文
高压断路器弧前微观机理研究
【摘要】：电弧产生、发展、熄灭过程的深入研究是对其进行有效控制的前题，对电弧产生的前因及影响电弧生成因素的深入探索表明，弧前抑弧调控是提升开断能力的有效途径。弧前过程是电弧存在的基础，在弧前过程中形成的微观粒子空间分布、能量分布、空间电荷作用下的动态电场分布及鞘层分布对稳态电弧能量起到决定性作用。弧前过程是一个小时、空尺度下的非线性、时变、非平衡过程，基于此，本文从微观角度出发，探求液态金属桥断裂后稳态电弧生成前带电粒子群的产生、发展及演变规律及物理本质，分析不同灭弧介质弧前过程的形成机理，讨论宏观因素对微观形成机理的影响，具体内容为：
（1）以非平衡态电离气体的基本方程玻尔兹曼方程为基础，创建弧前电子发展动态模型、带电离子运动模型、微观粒子碰撞模型，并提出基于粒子蒙特卡罗碰撞的求解方法。采用建立的数学模型，自编程仿真计算了单原子介质弧前过程，对比经典算例，验证算法准确性。通过对一维单原子介质的仿真计算，分析电子、离子运动对弧前过程的影响，研究鞘层和电离层形成过程。
（2）建立了简化二维真空断路器大电流开断下弧前过程仿真模型。以金属电离化气为研究对象，自编程仿真分析真空金属电离化气电弧产生的微观物理本质。求得了电子崩在金属电离化气中的发展过程、空间电荷密度分布、鞘层形成过程及空间电荷作用下的动态电场变化。从微观角度出发，解释大电流开断下，金属电离化气电弧形成前期电子聚集的主要原因；分析了开距、二次电子发射系数、开断电流、近极区电子碰撞等宏观参数对微观弧前过程影响的物理本质。
（3）根据场致电子发射理论和热电子发射理论，建立二维真空断路器小电流开断下弧前过程仿真模型。自编程仿真分析小电流开断过程中金属电离化气的产生及击穿过程，获得电极过程对小电流真空电弧产生的绝对影响。
（4）建立SF6电弧的动态弧前过程仿真模型，在模型中充分考虑多原子组成的SF6分子在弧前过程中激发、吸附、解离电离、粒子重组等不同物理化学变化。自编程计算分析空间电荷时空变化及对微观动态电场的影响；定量计算SF6电弧弧前过程中电子崩产生、发展时间及电子能量变化；获得SF6电弧形成初期等离子体内部运动情况。
【关键词】：
【学位授予单位】：沈阳工业大学【学位级别】：博士【学位授予年份】：2013【分类号】：TM561【目录】：
摘要5-7Abstract7-11第一章 绪论11-24 1.1 课题的背景和意义11-12 1.2 电弧模型国内外研究发展现状12-15 1.3 弧前电击穿现象研究发展现状15-22
1.3.1 经典气体电击穿理论15-16
1.3.2 现代气体电击穿模型16-22 1.4 本论文主要研究内容22-24第二章 弧前微观过程数学建模与求解24-47 2.1 引言24-25 2.2 微观气体动力学玻尔兹曼方程25-28
2.2.1 分布函数和玻尔兹曼方程25-26
2.2.2 玻尔兹曼方程数值求解研究26-28 2.3 弧前过程求解粒子模型28-37
2.3.1 有限尺寸粒子及空间电荷密度30-32
2.3.2 初始带电粒子安置32-34
2.3.3 推进电场及粒子步进的算法34-35
2.3.4 边界条件35-36
2.3.5 PIC 模拟稳定性问题36
2.3.6 PIC 加速算法36-37 2.4 弧前过程求解碰撞模型37-46
2.4.1 弧前电击穿碰撞过程37-39
2.4.2 碰撞问题的蒙特卡罗法求解39-40
2.4.3 蒙特卡罗仿真弧前电击穿数学模型40-46 2.5 小结46-47第三章 微观算法验证与单原子介质弧前过程研究47-64 3.1 引言47-48 3.2 数值仿真方法验证48-49 3.3 数值仿真条件49-52
3.3.1 单原子介质弧前电击穿物理过程49-50
3.3.2 计算参数50-51
3.3.3 碰撞截面51-52 3.4 单原子气体弧前过程粒子模拟研究52-63
3.4.1 弧前过程中电子行为模拟52-57
3.4.2 正离子行为对弧前过程的影响57-59
3.4.3 弧前过程中鞘层形成机理模拟59-63 3.5 小结63-64第四章 真空电弧弧前过程研究64-90 4.1 引言64-65 4.2 大电流开断真空电弧弧前过程仿真65-78
4.2.1 物理过程与假设条件65
4.2.2 计算参数65-68
4.2.3 仿真结果68-78 4.3 小电流开断真空电弧弧前过程仿真78-89
4.3.1 物理过程与假设条件78-79
4.3.2 计算参数79-83
4.3.3 仿真结果83-89 4.4 小结89-90第五章 SF6 电弧弧前过程研究90-100 5.1 引言90-91 5.2 SF6 电弧弧前物理过程与假设条件91 5.3 计算参数91-95 5.4 仿真结果95-99 5.5 小结99-100第六章 结论100-102参考文献102-107在学研究成果107-108致谢108
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作者：戴明强,刘子瑞
出版社：科学出版社
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第四篇 复变函数 第15章 复数与复变函数 &15.1 复数及其代数运算 &15.2 复数的几何表示 &15.3 复数的乘幂与方根 &15.4 区域 &15.5 复变函数 &15.6 函数的极限与函数的连续性 本章常用词汇中英文对照 习题15 第16章 解析函数 &16.1 解析函数的概念 &16.2 函数解析的充要条件 &16.3 初等解析函数 &16.4 解析函数与调和函数 本章常用词汇中英文对照 习题16 第17章 复变函数的积分 &17.1 复变函数积分的概念 &17.2 解析函数的基本定理 &17.3 多连通域的柯西积分定理 &17.4 柯西积分公式 &17.5 解析函数的高阶导数 本章常用词汇中英文对照 习题17 第18章 级数 &18.1 复数项级数 &18.2 幂级数 &18.3 解析函数的泰勒级数展开 &18.4 洛朗级数 本章常用词汇中英文对照 习题18 第19章 留数及其应用 &19.1 孤立奇点的定义与分类 &19.2 留数 &19.3 用留数计算定积分 本章常用词汇中英文对照 习题19 第20章 保角映射 &20.1 保角映射的概念 &20.2 分式线性映射 &20.3 唯一决定分式线性映射的条件 &20.4 几个初等函数所构成的映射 本章常用词汇中英文对照 习题20第五篇 积分变换 第21章 预备知识 &21.1 引例 &21.2 傅里叶积分公式 &21.3 单位脉冲函数（δ函数） 本章常用词汇中英文对照 习题21 第22章 傅里叶变换 &22.1 傅里叶变换的概念 &22.2 傅氏变换的性质 &22.3 广义傅氏变换及傅氏变换举例 本章常用词汇中英文对照 习题22 第23章 拉普拉斯变换 &23.1 拉氏变换的概念 &23.2 拉氏变换的性质 &23.3 拉氏逆变换 &23.4 拉氏变换的应用 本章常用词汇中英文对照 习题23第六篇 数理方程与特殊函数 第24章 数学物理方程和定解条件的推导 &24.1 数学物理方程的导出 &24.2 定解条件 &24.3 定解问题的提法 &24.4 数学物理方程的分类 本章常用词汇中英文对照 习题24 第25章 分离变量法 &25.1 有界弦的自由振动 &25.2 有限杆上的热传导 &25.3 稳恒状态下的定解问题 &25.4 非齐次方程的解法 &25.5 非齐次边界条件的处理 本章常用词汇中英文对照 习题25 第26章 行波法与积分变换法 &26.1 一维波动方程的达朗贝尔公式 &26.2 三维波动方程的泊松公式 &26.3 积分变换法举例 本章常用词汇中英文对照 习题26 第27章 拉普拉斯方程的格林函数法 &27.1 拉普拉斯方程边值问题的提法 &27.2 格林公式 &27.3 格林函数 &27.4 两种特殊区域的格林函数及狄氏问题的解 本章常用词汇中英文对照 习题27 第28章 贝塞尔函数 &28.1 贝塞尔方程的引出 &28.2 贝塞尔方程的求解 &28.3 贝塞尔函数的递推公式 &28.4 函数展开成贝塞尔函数的级数 本章常用词汇中英文对照 习题28 第29章 勒让德多项式 &29.1 勒让德方程的引出 &29.2 勒让德方程的求解 &29.3 勒让德多项式 &29.4 勒让德多项式的递推公式 &29.5 函数展成勒让德多项式的级数 本章常用词汇中英文对照 习题29 第30章 数学物理方程的差分解法 &30.1 拉普拉斯方程的离散化 &30.2 用差分方法解抛物型方程 本章常用词汇中英文对照 习题30习题参考答案参考文献附录8 傅氏变换简表附录9 拉氏变换简表附录10 拉普拉斯变换法则公式
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