近年来,伴随着分布储能、轨道交通、高压直流输电等系统的大规模建设与规划,直流输配电系统迎来了一个快速发展的黄金时期。直流空气断路器是低压配电领域常用的开关设备,大功率直流电源的快速发展,对其开断性能提出了更高要求,设计大功率、小体积、分断性能更好的直流空气断路器已刻不容缓。相对于交流电弧,直流电弧不存在自然过零点,必须采取有效的手段短时提高电弧电压,这使得直流电弧熄灭比交流电弧熄灭要困难得多,因此,研究和掌握不同负载类型下直流空气电弧的动态特性,寻求有效的措施提高弧压,以此来指导和改进直流空气断路器产品的研发设计,具有一定的现实意义。本文基于磁流体动力学理论(MHD),建立了直流空气电弧等离子体的数学模型,采用移动网格技术实现了灭弧室内动触头的匀速圆周运动,对电弧等离子体鞘层条件进行了假设,并在电极两端耦合开断回路,将外电路模块与直流放电模块耦合在一起,对直流空气断路器在分断不同负载(阻感性、阻容性)类型情况下电弧的整个演变过程进行了仿真,通过对比灭弧室内各物理量参数,分析不同负载条件下电弧的运动规律,探究负载改变对电弧演变过程产生影响的背后机理。为验证仿真结果的正确性,搭建了实验平台,并设计了实验样机,采用高速相机拍摄了阻感性和阻容性负载条件下直流空气断路器分断过程中的电弧图像,记录了分断电弧的动态行为特性,将实验观测结果与相应条件下的仿真结果进行了对比,二者具有一致性。本文的工作对于不同负载下直流空气电弧灭弧理论研究及直流空气断路器结构的改进具有一定的指导意义。