断路器分合闸过程中,其灭弧室的气流场运动非常复杂。对其运动规律的研究对于断路器的设计至关重要。如果能够建立高压断路器操动机构-灭弧室气流场联合仿真模型,对于断路器分闸过程中气流场的准确计算有重要帮助。由于直接联立求解气流场方程和动力学方程困难,采用动力学模型和CFD模型在迭代求解过程中互相传递所需参数的替代方法。本文以某型420KV高压断路器为研究对象,对以下工作作了重点研究,也得到一些结论。1)分析了断路器操动机构的原理,针对分闸运动将机构简化为弹簧驱动的四杆机构。对操动机构进行运动学分析,建立约束方程;带入拉格朗日方程后建立断路器操动机构的动力学模型,在不考虑负载的情况下使用四阶龙格-库塔法求解,得到了操动机构的动力学响应。2)为建立灭弧室气流场CFD模型,对灭弧室结构进行合理简化后,建立了气流场二维轴对称几何模型;引入动网格模型以实现分闸过程中的气流场的瞬态仿真;分析并比较了三种网格更新方法后,为减小网格畸变使用动态铺层法;对气流场进行分块网格划分以配合动网格模型,形成动区域、静区域和动态铺层区域,然后对分块网格进行组装并对关键区域加密形成气流场网格;应用Fluent UDF编写代码指定动网格的运动。设立监测面以监测气流场关键点的参数。3)提出了基于共享数据文件的并行联合仿真、基于TCP/IP通讯的并行联合仿真、嵌入式联合仿真及基于共享内存的联合仿真四种联合仿真方法,分析并比较这些方法的优缺点,选择嵌入式联合仿真方法作为联合仿真方法。为实现嵌入式联合仿真,将Matlab代码封装为动态库,引入此动态库编写Fluent UDF,对Fluent进行二次开发搭建了操动机构-灭弧室气流场联合仿真模型。设置边界条件并初始化后求解联合仿真模型得到了分闸过程中气流场的分布和关键点的压力曲线。针对气流场的分布分析了分闸过程中的断路器的熄弧能力和散热能力。4)搭建了断路器灭弧室气流场测试平台。以某型420KV断路器为对象进行现场实验,验证联合仿真模型的正确性。本文所采用的动网格技术及提出的联合仿真方法,不仅对断路器气流场计算有重要工程意义,也为类似流场和运动物体紧密耦合的计算问题提供了有效的参考。