弓網(wǎng)電弧磁流體動力學(xué)模型及溫度分布研究.pdf

1、良好的弓網(wǎng)關(guān)系是保障高速列車安全運營的三大關(guān)系之一，而弓網(wǎng)電弧已經(jīng)成為弓網(wǎng)關(guān)系中需要解決的核心問題。受電弓滑板與接觸網(wǎng)導(dǎo)線分離瞬間，弓網(wǎng)間隙被擊穿，從而產(chǎn)生弓網(wǎng)電弧。隨著高速鐵路運營速度的不斷提高，牽引電流持續(xù)增加，使得弓網(wǎng)電弧中的能量越來越大，電弧對弓網(wǎng)滑動接觸材料的損害也越來越嚴(yán)重。弓網(wǎng)系統(tǒng)事故頻發(fā)，嚴(yán)重危害了高速列車的穩(wěn)定受流。一方面，電弧侵蝕是弓網(wǎng)接觸面材料嚴(yán)重磨損的關(guān)鍵因素，弓網(wǎng)電弧產(chǎn)生的瞬時高溫侵蝕接觸材料表面，造成材料表面

2、凹凸不平，加劇了接觸材料的滑動磨耗;另一方面，電弧高溫使得接觸網(wǎng)導(dǎo)線受熱拉伸發(fā)生塑性形變，降低導(dǎo)線的抗拉強度，引起導(dǎo)線斷裂。因此，研究弓網(wǎng)電弧的溫度分布特征及其影響因素，有助于改進接觸面材料、增強其耐電弧侵蝕能力，進而提高弓網(wǎng)系統(tǒng)服役性能。
　　本文基于磁流體動力學(xué)(MHD)理論，建立了弓網(wǎng)電弧的MHD模型，耦合了弓網(wǎng)電弧等離子體區(qū)域復(fù)雜的熱場、流場和電磁場等內(nèi)部環(huán)境，考慮了電弧的熱輻射現(xiàn)象和流固耦合傳熱。以流體力學(xué)計算軟件ANS

3、YS/FLUENT為求解平臺，并對其進行二次開發(fā)，建立弓網(wǎng)電弧等離子體的二維幾何模型。
　　基于弓網(wǎng)電弧的二維仿真模型，設(shè)置合理的流場和電磁場邊界條件，仿真計算弓網(wǎng)電弧溫度分布，并對仿真結(jié)果進行分析。探討了弓網(wǎng)電弧的形態(tài)、電流密度和電場的分布特性，并通過試驗與仿真結(jié)果對比驗證了仿真模型的可靠性。研究了弓網(wǎng)電弧弧柱的溫度分布特性以及接觸網(wǎng)導(dǎo)線和受電弓滑板內(nèi)部的溫度分布規(guī)律。
　　最后，討論了電弧溫度分布的影響因素，研究了不同電