液态金属限流器自收缩效应的仿真研究.pdf

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1、船电技术I电力系统液态金属限流器自收缩效应的仿真研究杨晨光，彭振东，任志刚(武汉船用电力推进装置研究所船舶综合电力技术重点实验室，武汉430064)摘要：液态金属的自．收缩效应是液态金属限流器(LMCL)实现限流功能的主要因素。本文首先简要介绍了液态金属的自收缩效应，然后在综合考虑气液两相流流场、电磁场以及热场相互作用的基础上，结合流体体积法(VOF)模型、湍流模型和磁流体动力学模型(MHD)，建立了考虑自由表面的三维液态金属自收缩效应模型，通过流体力学分析软件FLUENT进行了仿真计算，根据仿真结果从理论上解释了液态金属自收

2、缩效应的产生机理。关键词：液态金属自收缩效应流体力学三维模型中图分类号：TM562文献标识码：A文章编号：1003—4862(2014)08—0069．04SimulationoftheSelfPinchEffectfortheLiquidMetalCurrentLimiterYangChenguang，PengZhendong，RenZhigang(ShipIntegratedPowerSystemTechnologyKeyLaboratory，WuhanInstituteofMarineElectricPropulsion

3、，CSIC，Wuhan430064，China)Abstract：Theselfpincheffectismainfactorbywhichtheliquidmetalcurrentlimiter(LMCL)couldlimittheshortcircuit如ultcurrenttoalowerlevel．Inthispaper-theselfpincheffectoftheliquidmetalisbrieflyintroducedfirstty．Andthencombiningwiththevolumeoffluid(VO

4、F)modeloverflowmodelandmagnetohydrodynamic(MHD)modela3-dmodelwith静eeliquidlevelfo￥theliquidmetalselfpincheffectisdevelopedbasedonacomprehensiveconsiderationoftheinteractionbetweenthevapor-liquidtwo-phaseflowfields，electro—magneticfieldsandtemperaturefieldThemodeliss

5、olvedinthehydromechanicsanalysissoftwareFLUENT,andtheselfpincheffectoftheliquidmetalisexplainedtheoreticallybythesimulationresul船．Keywords：liquidmetal；selfpincheffect；hydromechanics；3-dmodel0引言电力系统中通常采用断路器作为主要保护设备，然而随着现代电网规模的迅速扩张以及大容量机组的不断投入运行，导致系统结构错综复杂、短路故障形式丰富多样、

6、短路电流持续上升⋯。因此单独采用断路器保护方案难以更好的实现系统的选择性保护、故障恢复和系统重组，在系统当中安装故障限流装置是解决上述问题的一项有效的技术途径[2】。故障限流器的引入一方面能将故障时系统出现的实际短路电流限制在一定水收稿日期：2014．01—06作者简介：杨晨光(1987．)，男，工学硕士。研究方向：大容量限流断路器。平，减小系统承受的机械和热应力，提高系统稳定性；另一方面使系统保护方案由单纯的“断路器”技术方案变成核心技术为限流的“限流器+断路器”的较佳技术方案，即限制短路电流的上升，把它抑制在允许范围内，再

7、通过断路器分断，也可自行分断，从而实现对系统短路故障的可靠保护。基于自收缩效应的液态金属限流器是一种新型的自复式限流技术，其对短路故障电流的限制是通过液态金属自收缩效应产生的电弧而实现的，能在系统发生短路故障自动投入运行，完成短路电流的限制功能【3‘4J。因此，对于液态金属自收缩效应和电弧基本物理特性的研究对于提高和改善液态金属限流器限流性能具有重要的意义。69船电技术l电力系统V01．34No．82014．8本文在综合考虑液态金属工作过程中的气液两相流场、电磁场以及温度场之间的相互作用后建立了具有自由液面的三维液态金属自收缩

8、模型，通过流体力学仿真软件FLUENT进行了分析计算，并根据仿真结果，从理论上解释了自收缩效应的产生机理。1液态金属的自收缩效应液态金属的自收缩效应表现为：当电流流过导电流体时，流体自身磁场产生的洛伦兹力作用在流体上，并导致流体自身截面积逐渐减小。液态金属限流器即是利用上述流