Детальная информация

Целью данной работы является исследование физических процессов в дугогасительной камере высоковольтного выключателя с использованием различных моделей турбулентности с помощью открытого программного обеспечения OpenFOAM. В рамках данной работы рассматриваются ключевые аспекты численного моделирования потоков элегаза, включая анализ различных подходов к описанию турбулентных течений, таких как модели RAS(k-ε) и LES. Задачи, которые решались в ходе исследования: 1. Сравнительный анализ моделей турбулентности по применению в различных задачах. 2. Проведение анализа возможности использования различных моделей турбулентности для моделирования физических процессов в дугогасительной камере высоковольтного выключателя. 3. Проведение анализа влияния турбулентности на рост отключающей способности в автокомпрессионном дугогасительном устройстве. В работе представлен анализ различных моделей турбулентности; исследована конструкция и принцип работы автокомпрессионного дугогасительного устройства; исследовано взаимодействие выключателя 220кВ, 63кА с сетью; на основе ламинарного режима и моделей турбулентности RAS(k ε) и LES проведены численные эксперименты, позволяющие оценить степень турбулизации потока автокомпрессионного дугогасительного устройства высоковольтного выключателя 220кВ, 63кА.  В результате исследования были исследованы ламинарный режим и модели турбулентности LES и RAS(k-ε) с помощью програмного обеспечения OpenFOAM. Установлено, что турбулизация потока, в пределах 4-5%, приводит к снижению давления в точках торможения газового потока области под радиальным соплом, что способствует ускоренному востановлению электрической прочности межконтактного промежутка после нуля тока и увеличивает энергообмен между газовым потоком и остаточным стволом дуги в начальной части области вниз по потоку (диффузор сопла), что при прочих равных условиях приводит к повышению отключающей способности ВВ.

The purpose of this work is to study the physical processes in the arc extinguishing chamber of a high-voltage circuit breaker using various turbulence models using OpenFOAM opensource software. This paper considers key aspects of numerical modeling of gas flows, including the analysis of various approaches to the description of turbulent flows, such as RAS(k-ε) and LES models.  Tasks that were solved during the research:  1. Comparative analysis of turbulence models for use in various tasks.  2. Analyzing the possibility of using various turbulence models to simulate physical processes in the arc extinguishing chamber of a high-voltage circuit breaker.  3. Analysis of the effect of turbulence on the growth of breaking capacity in an autocompression arc extinguishing device.  The paper presents an analysis of various turbulence models; the design and principle of operation of an autocompression arc extinguishing device are investigated; the interaction of a 220 kV, 63kA circuit breaker with a network is investigated; numerical experiments are carried out based on the laminar regime and turbulence models RAS(k-ε) and LES, which make it possible to estimate the degree of turbulence of the flow of an autocompression arc extinguishing device of a 220 kV, 63kA high voltage circuit breaker.  As a result of the study, the laminar regime and turbulence models LES and RAS(k-ε) were investigated using the OpenFOAM software. It was found that turbulence of the flow, in the range of 4-5%, leads to a decrease in pressure at the points of deceleration of the gas flow in the area under the radial nozzle, which contributes to an accelerated restoration of the electrical strength of the contact gap after zero current and increases the energy exchange between the gas flow and the residual arc shaft in the initial part of the downstream area (nozzle diffuser), which, when all other things being equal, it leads to an increase in the breaking capacity of explosives.

• ВВЕДЕНИЕ
• 1. Обзор литературы по теме работы, её актуальность, постановка цели и задач исследования
  • 1.1. Устройство и принцип работы ВВ 220кВ 63кА
  • 1.2. Влияние турбулентности на повышение отключающей способности высоковольтных газонаполненных выключателей
  • 1.3. Сравнительный анализ моделей турбулентности по применению в различных задачах
  • 1.4. Анализ моделей турбулентности в OpenFOAM
• 2. Взаимодействие выключателя 220кВ, 63 кА с сетью
  • 2.1. Расчет геометрической модели ДУ
  • 2.2. Анализ ПВН при КЗ 100% (при ,𝐈=𝐈-но. и ,𝐈=𝟎,𝟏𝐈-но.)
  • 2.3. Расчет ПВН при НКЗ (90%, 30%)
• 3. Реализация численной модели в OpenFOAM.
  • 3.1. Создание геометрии и сетки модели в OpenFOAM
  • 3.2. Расчет математической модели ДУ
• 4. Результаты расчета в ламинарном режиме и с использованием моделей турбулентности
  • 4.1. Анализ давления в «холодной» задаче
  • 4.2. Анализ давления в «горячей» задаче
• ЗАКЛЮЧЕНИЕ
• СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ
• ПРИЛОЖЕНИЕ 1. Файл конфигурации “blockMeshDict”
• ПРИЛОЖЕНИЕ 2. Файл конфигурации “T”
• ПРИЛОЖЕНИЕ 3. Файл конфигурации “P”
• ПРИЛОЖЕНИЕ 4. Файл конфигурации “U”
• ПРИЛОЖЕНИЕ 5. Файл конфигурации “nut”
• ПРИЛОЖЕНИЕ 6. Файл конфигурации “k”
• ПРИЛОЖЕНИЕ 7. Файл конфигурации “alphat”
• ПРИЛОЖЕНИЕ 8. Файл конфигурации “thermophysicalProperties”
• ПРИЛОЖЕНИЕ 9. Файл конфигурации “momentumTransport” – LES
• ПРИЛОЖЕНИЕ 10. Файл конфигурации “momentumTransport” – RAS(k-𝛆)
• ПРИЛОЖЕНИЕ 11. Файл конфигурации “momentumTransport” – laminar
• ПРИЛОЖЕНИЕ 12. Файл конфигурации “setFiedlsDict”
• ПРИЛОЖЕНИЕ 13. Файл конфигурации “controlDict”