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高速列车弓网电弧演化特性及其数值模拟
| 论文题名： | 高速列车弓网电弧演化特性及其数值模拟 |
| 关键词： | 高速铁路;弓网系统;电弧现象;燃弧特性 |
| 摘要： | 随着我国经济、技术的快速发展，对高速铁路的可靠、安全、稳定运行提出了越来越高的要求。随着高铁运行速度的不断提高，弓网关系作为列车运行的三大关系之一，成为制约高速铁路发展的瓶颈。当列车在运行过程中，由于受电弓弓头的振动、接触线轨道线路不平顺、接触线和滑板的电气不匹配等原因，导致弓网之间离线现象频繁发生，并容易产生弓网电弧。电弧的存在，一方面对于维持列车的持续受流具有重要的作用，另一方面，弓网电弧燃弧时产生的过电压会对牵引供电系统、列车内部的电气设备造成损坏。同时，电弧的燃烧会给弓网系统接触材料表面带来严重的电气损伤，一定程度上降低弓网系统的服役性能，甚至会导致故障、事故的频繁发生。因此，开展有关弓网电弧的燃弧特性的研究是尤为重要的。前期针对电弧特性的研究主要是围绕电弧燃弧过程中的电气参数进行分析，对其物理特性以及电弧造成弓网系统电气损伤的机理研究较少。 本文针对电弧燃弧过程中的特性进行研究，建立了多物理场耦合分析弓网电弧物理模型，探究了弓网电弧的关键影响因素，模拟了电弧燃弧随时间的动态演化过程。主要开展的研究工作如下: (1)基于电弧燃弧过程中多物理场相互作用机理，对各个物理场进行解耦，建立了弓网电弧的物理分析模型;采用仿真计算软件Fluent，搭建简化的弓网系统几何模型，建立电弧燃弧过程中的Navier-Stokes控制方程，对软件进行二次开发，设置电弧等离子体物性参数及方程源项等参数，并通过对模型施加合理的边界条件，从而求解方程，得出弓网电弧的燃弧特性。 (2)改变所建电弧模型中输入的电弧电流大小、弓网间隙距离大小以及接触线底部廓形半径的大小，分析各种不同情况时，电弧等离子体、接触网导线和受电弓滑板内部的温度分布特性，揭示弓网系统的电气磨损机理，探究降低接触线表面材料电气磨损的方法。基于弓网电弧模拟试验平台，采用高速摄影仪拍摄电弧燃弧图像，通过对电弧演化过程的形态图像结果进行处理，研究得出电弧燃弧剧烈程度的变化情况，从而验证仿真模型的正确性。 (3)通过对模型施加正弦时变的电弧电流，揭示了弓网电弧随时间演化特性以及在受电弓降弓过程中的电弧动态演化过程。改变模型入口气流场速度，解析在不同列车运行速度情况时，电弧等离子体的温度分布特性。发现随着列车运行速度的提高，电弧弧根偏移量增大，弧柱半径不断缩小，可能会发生断弧现象。 |
| 作者： | 朱光亚 |
| 专业： | 电气工程 |
| 导师： | 吴广宁 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 西南交通大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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