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《大连交通大学》 2018年
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基于光流场和PIV技术的真空电弧流场运动特性研究

李春晓  
【摘要】:随着真空开关向高电压、大容量开断领域渗透,开展真空电弧相关理论及其调控规律的深入研究对促进真空开关的发展意义重大。真空电弧作为流体,其运动具有复杂性和多样性,而电弧流场结构及分布对真空开关综合性能有着重要影响,因此,如何实现电弧流场运动特性研究是真空开关研究领域重要课题之一。基于此,本文以真空开关电弧序列图像复杂流场作为研究对象,提出了基于光流场和PIV技术的真空开关电弧流场运动特性研究方法,为后续丰富电弧调控理论奠定基础。本文通过进行分闸电弧实验,利用CMOS相机对拉弧过程的序列图像进行采集得到了 434帧分闸电弧图像。采集得到的电弧运动序列图像,具有亮度高、电弧形态变化剧烈等特点。在对电弧图像进行预处理后,首先根据光流计算基本原理,选择Hom-Schunck算法进行编程,然后利用MATLAB对相邻两帧电弧图像进行光流计算,得到电弧光流场矢量分布图,进而实现对电弧粒子运动速度的测量。结果表明该方法能够有效获取真空电弧光流场运动特征,实现了电弧粒子运动方向和大小的描述,并显示出电弧在磁场作用下的多个局部涡流区,可用于电弧流场特性的诊断,可行性高。为了获得更精确的真空电弧流场信息,本文将粒子成像测速技术(PIV)应用于真空电弧流场诊断中,运用图像粒子速度场分析软件DaVis得到电弧的PIV图像,并对其流场分布进行具体分析。结果表明,该方法同样可应用于真空电弧流场诊断,同时相比光流场的方法,具有更全面的电弧流场信息,精确度更高。本文针对真空开关电弧流场分布的研究为进一步完善电弧调控理论、丰富真空开关电弧基础理论奠定基础,对提高真空灭弧室开断能力具有重要意义。
【学位授予单位】:大连交通大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:TM501.2

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【参考文献】
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