我国从二十世纪八十年代开始,电力工业向大机组、远距离、超高压及交直流并用的方向发展。本世纪是电力工业飞速发展的时期,国内高压开关制造企业和科研工作者必须努力开展设备制造科研工作。高压自能式SF₆断路器作为开发研制的主要产品,必须对其核心问题进行深入的研究。自能式SF₆断路器是利用电弧阻塞效应即利用电弧本身的能量使压气室内SF₆气体的压力升高,在电弧电流过零时产生有效的气吹而熄灭电弧。所以自能式断路器核心问题的研究涉及到电、磁、热、流场等多学科的内容,以其为核心进行灭弧理论的相关研究对提高高压开关行业特别是目前大力发展的特高压行业的理论水平具有重要的现实意义。 本文在与平顶山高压电气股份有限公司合作的“1100kV双断口断路器开断性能及其相关技术研究”项目的平台上,针对自能SF₆断路器的工作原理和特点,在磁流体动力学方程基础上建立了适合于自能式SF₆断路器开断过程的数学模型,提出了基于区域分解算法利用并行计算模拟技术对灭弧室内的电弧、气流场以及电磁场相耦合的数学模型进行计算仿真;并提出采用格子Boltzmann方法对喷口内电弧等离子区建立LBGK模型进行仿真计算,对电弧与气流的相互作用进行深入的研究。 首先利用现有条件自主建立了适合自能式SF₆断路器灭弧室内耦合场求解的微机并行求解系统。并对建立的微机并行求解系统进行了并行运算性能测试,测试结果证明本文建立的微机并行求解系统能够较好的发挥并行计算效率。对PHOENICS软件进行理论算法二次开发,实现了基于微机网络上的灭弧室内耦合场的并行计算求解,保证了计算结果的精确性和计算效率。 将区域分解算法及并行技术相结合,本文建立了适用于断路器开断过程中复杂区域内移动网格技术。在QUICK离散格式基础上给出了带有延迟修正的具有二阶精度的对流离散格式,加入了限制器以保证格式的有界性;采用SIMPLE算法求解压力、速度耦合方程,利用迭代法及压缩存储技术并行求解离散后形成的代数方程组;对电磁场与气流场的耦合求解中的问题进行了处理。在建立的微机集群上对自能式SF₆断路器在空载以