弓網(wǎng)電弧動態(tài)演化及其對弓網(wǎng)材料侵蝕特性研究.pdf

1、弓網(wǎng)系統(tǒng)作為列車重要的取流設(shè)備,其良好的服役性是保障列車安全運行的重要條件。目前,弓網(wǎng)關(guān)系已作為高速鐵路三大關(guān)系之一進(jìn)行深入研究。在列車運行過程中由于升降弓操作、車體振動、接觸網(wǎng)導(dǎo)線不平順和軌道不平順等因素致使弓網(wǎng)電弧現(xiàn)象頻發(fā)。一方面電弧燃弧和熄滅產(chǎn)生的電磁諧波和過電壓將會給車載電氣設(shè)備和列車安全運行帶來潛在的威脅;另一方面其產(chǎn)生的高溫?zé)g接觸網(wǎng)導(dǎo)線和受電弓滑板材料,嚴(yán)重影響弓網(wǎng)系統(tǒng)使用壽命。因此,有必要對弓網(wǎng)電弧的物理電氣特性及其對受

2、電弓滑板與接觸網(wǎng)導(dǎo)線材料的燒蝕特性進(jìn)行研究。
　　由于現(xiàn)場實驗難度大,早期對弓網(wǎng)電弧的研究主要通過模擬實驗的方式進(jìn)行。這些實驗對我們理解電弧燃弧、發(fā)展及熄弧過程的特性具有很大幫助。然而,由于電弧影響因素復(fù)雜、隨機性大且測試手段有限,實驗方式難以獲得電弧演變過程中電弧內(nèi)部參數(shù)隨時間的變化規(guī)律及其對電極材料的侵蝕規(guī)律。因此,本文利用數(shù)值仿真技術(shù)對受電弓降弓過程電弧動態(tài)特性及電弧對弓網(wǎng)材料的侵蝕特性進(jìn)行研究。
　　本文針對受電弓降

3、弓過程電弧動態(tài)特性的研究,以磁流體動力學(xué)(MHD)理論為基礎(chǔ),配合動態(tài)網(wǎng)格技術(shù),建立弓網(wǎng)電弧動態(tài)模型。對商業(yè)流體軟件Fluent進(jìn)行二次開發(fā),并將其作為求解平臺,對模型進(jìn)行求解。仿真計算了在受電弓降弓過程中電弧溫度場和氣流場分布,分析了弓網(wǎng)電弧形態(tài)及溫度分布動態(tài)演化特性,揭示了弓網(wǎng)電弧溫度場與氣流場相互作用機理。仿真研究了不同降弓速度及輸入電流對電弧動態(tài)特性的影響。基于弓網(wǎng)模擬試驗平臺,測得弓網(wǎng)電弧輻射光譜,利用Boltzman測溫法推

4、算出電弧燃弧溫度,將實驗值與仿真值對比,驗證模型可靠性。
　　在弓網(wǎng)電弧模型的基礎(chǔ)上,以電弧對電極的熱傳導(dǎo)理論為基礎(chǔ),建立了弓網(wǎng)電弧對弓網(wǎng)材料侵蝕模型。在電極能量方程中引入熔化/凝固模型,求解弓網(wǎng)材料在電弧作用下受熱熔化過程。計算分析了熱流密度在接觸網(wǎng)導(dǎo)線和受電弓滑板表面的分布情況。仿真分析了電弧作用下,受電弓滑板與接觸網(wǎng)導(dǎo)線溫度分布及其表面形成的熔池深度與半徑隨時間的變化規(guī)律。研究了電流大小對表面熔池半徑及深度的影響規(guī)律。通過開