低壓斷路器可視化仿真系統(tǒng)的研究

低壓斷路器可視化仿真系統(tǒng)的研究
摘　要：可視化仿真技術(shù)是綜合計(jì)算機(jī)圖象學(xué)、圖象處理、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、人機(jī)交互技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域的一個(gè)嶄新的技術(shù)領(lǐng)域。本文研究了這種新技術(shù)在低壓電器中的應(yīng)用。根據(jù)低壓斷路器開斷時(shí)電弧的物理過程，建立了以磁流體動(dòng)力學(xué)MHD為基礎(chǔ)的電弧模型及以熱擊穿為主的背后擊穿物理模型。把這種仿真算法和三維可視化技術(shù)結(jié)合起來，對低壓斷路器開斷過程中的電弧運(yùn)動(dòng)進(jìn)行了可視化仿真研究。
關(guān)鍵詞：斷路器　可視化　仿真 1　概述
可視化仿真是90年代嶄新的技術(shù)領(lǐng)域。它是涉及計(jì)算機(jī)圖象學(xué)、圖形處理、計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)、計(jì)算機(jī)視覺及人機(jī)交互技術(shù)等多個(gè)領(lǐng)域的一個(gè)嶄新的技術(shù)領(lǐng)域。在工程設(shè)計(jì)領(lǐng)域，可視化仿真或科學(xué)計(jì)算可視化被定義為對科學(xué)計(jì)算或仿真計(jì)算所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化加工或三維圖形和動(dòng)畫顯示，并可通過交互的改變參數(shù)來視察計(jì)算結(jié)果的全貌及其變化。由于科學(xué)計(jì)算可視化對各門學(xué)科和工程技術(shù)的發(fā)展有極其重要的意義及實(shí)用價(jià)值，因而這種技術(shù)在它一開始出現(xiàn)就得到人們的極大重視。
實(shí)現(xiàn)科學(xué)計(jì)算的可視化具有多方面的重要意義。它可以大大加快數(shù)據(jù)的處理速度，使龐大的數(shù)據(jù)得到有效的利用；能把不能或不易觀察到的工程現(xiàn)象變?yōu)槭谷藗兡馨l(fā)現(xiàn)并理解被設(shè)計(jì)和被研究對象所產(chǎn)生的物理機(jī)理，從而提出改進(jìn)設(shè)計(jì)的具體措施；可以實(shí)現(xiàn)對計(jì)算過程的引導(dǎo)和控制，通過圖形交互手段可方便快速的改變設(shè)計(jì)和計(jì)算的原始數(shù)據(jù)和條件，并通過三維圖形或動(dòng)畫來顯示和觀察改變原始數(shù)據(jù)對設(shè)計(jì)和研究對象基本特性的影響，來達(dá)到對象優(yōu)化設(shè)計(jì)的目的。
動(dòng)量守恒方程
3　電弧開斷過程可視化仿真
可視化被定義為對科學(xué)計(jì)算或仿真計(jì)算所獲得的數(shù)據(jù)進(jìn)行可視化加工或三維圖形和動(dòng)畫顯示。本文研制的低壓斷路器開斷的三維可視化仿真軟件，系在Windows98平臺上用Visual C++語言編制，利用基于系統(tǒng)的三維圖形模塊，在三維空間以動(dòng)畫方式顯示的開斷過程中電弧的運(yùn)動(dòng)情況，并繪出仿真計(jì)算的開斷電壓電流波形。
在低壓斷路器開斷過程的仿真中，需要計(jì)算斷路器模型所在的回路的電流，計(jì)算電弧的耦合場，從而掌握和了解滅弧室內(nèi)如電弧溫度、離子濃度、氣體壓力，氣流速度等物理參數(shù)變化。模擬計(jì)算的電壓電流波形圖所示，電弧電壓逐漸上升，當(dāng)電弧進(jìn)入柵片時(shí)，電壓迅速上升到一個(gè)較高的值，電流得到限制，然后出現(xiàn)了背后擊穿，電弧電壓跌落。計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)基本符合。在0.85ms時(shí)滅弧室內(nèi)溫度分布及流場所示。
模擬計(jì)算的斷路器開斷電壓電流波形 　t=0.85ms時(shí)計(jì)算得滅弧室內(nèi)溫度分布及流場