本书提出基于电弧能量热等效的开关柜内部短路燃弧压力升计算方法，开展不同间隙距离、不同短路电流下封闭容器内部间隙的短路燃弧试验，获得封闭容器内部压力升与热转换系数kp的变化规律，验证计算方法的可行性。结合7.2kV空气绝缘高压开关柜内部三相短路燃弧试验参数，分别对电缆室、断路器室和母线室发生内部短路燃弧时的压力升分布规律进行研究，分析不同的泄压盖开启条件下泄压通道的泄压效率，获得了泄压盖的安全开启角度。针对现有开关柜泄压盖开启压力较大、泄压通道对高压高温气流缺乏有效引导等问题，提出并柜条件下泄压通道改进设计方案并对其结构参数进行优化，实现了泄压通道与柜门的最优压力配合。为减少开关柜内部短路燃弧产生的高温高压气流对周围设备、建筑物和工作人员的影响，提出基于金属网格能量吸收器的热-力效应防护方法，分析泄压口附近安装金属网格能量吸收器时对气流温度和速度的减弱效果，并分析金属网格能量吸收器参数对防护效果的影响。
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1992/09 - 1995/12，华中理工大学，电力工程系，博士
1990/09 - 1992/06，华中理工大学，电力工程系，硕士
1986/09 - 1990/06，华中理工大学，电力工程系，本科2000/08 - 至今，武汉大学，电气工程学院，教授
2000/01 - 2000/07，武汉水利电力大学，电力工程系，教授
1998/01 - 1999/12，武汉水利电力大学，电力工程系，副教授
1996/01 - 1997/12，武汉水利电力大学，电力工程系，博士后研究人员“电磁多物理场分析关键技术及其在电工装备虚拟设计与状态评估的应用”获2017年湖北省科技进步一等奖（本人排名第一）武汉大学“珞珈特聘教授”，IEEE会员，中国电机工程学会输电线路专业委员会委员，湖北省电工技术学会副理事长，湖北省电机工程学会直流输电专委会副理事长
目录
第1章 绪论/1
1.1 开关柜内部短路燃弧的破坏效应/2
1.2 国内外研究现状/4
1.2.1 开关柜内部短路燃弧压力升计算方法/4
1.2.2 电弧能量模型研究/6
1.2.3 开关柜内部短路燃弧压力升试验与仿真研究/8
1.2.4 开关柜内部短路燃弧压力效应抑制措施研究/13
1.3 本书主要内容安排/14
第2章 开关柜内部短路燃弧压力升计算模型/16
2.1 开关柜内部短路燃弧特性分析/17
2.1.1 开关柜内部短路燃弧热-力效应/17
2.1.2 开关柜内部短路燃弧能量平衡机制/19
2.2 基于电弧能量热等效的压力升计算模型/21
2.2.1 多物理场控制方程/21
2.2.2 湍流模型/25
2.2.3 理想气体模型/26
2.2.4 多物理场耦合求解方法/28
2.2.5 计算模型的实现流程/30
2.3 短路燃弧爆炸冲击波相关理论/31
2.3.1 一维等熵流动基本方程/32
2.3.2 弱扰动波过程/33
2.3.3 强扰动波过程/35
2.3.4 壁面对冲击波的反射作用/37
2.4 本章小结/39
第3章 封闭容器内部短路燃弧试验及热转换系数计算/40
3.1 封闭容器内部短路燃弧试验平台及方法/41
3.1.1 试验回路及封闭容器/41
3.1.2 测量设备/43
3.1.3 试验方法与步骤/45
3.2 封闭容器内部短路燃弧特性分析/46
3.2.1 电弧的燃烧特性/46
3.2.2 弧压随电流的变化规律/47
3.2.3 弧压的影响因素分析/49
3.3 封闭容器内部压强变化规律分析/51
3.3.1 压强随燃弧时间的变化/51
3.3.2 压强波形的频谱特性分析/52
3.3.3 压强随电弧功率的变化/53
3.3.4 压强随电弧能量的变化/54
3.4 封闭容器内部压力升计算/55
3.4.1 计算方法验证/55
3.4.2 电弧尺寸的影响/56
3.5 kp计算方法及变化规律/57
3.5.1 kp计算方法/57
3.5.2 kp变化规律/58
3.6 本章小结/61
第4章 开关柜内部短路燃弧试验及模型简化方法/62
4.1 开关柜内部短路燃弧试验/63
4.1.1 开关柜模型介绍/63
4.1.2 试验参数及布置/65
4.1.3 短路功率计算/67
4.2 开关柜模型简化/72
4.2.1 模型简化方法/72
4.2.2 简化模型/74
4.3 不同简化模型内部短路燃弧压力升对比/76
4.3.1 网格划分方法/76
4.3.2 网格无关性验证/81
4.3.3 时间步长对计算结果的影响/83
4.3.4 不同简化模型计算结果对比/85
4.4 本章小结/89
第5章 开关柜内部短路燃弧压力升分布计算/91
5.1 封闭条件下柜体内部压力升分布计算/92
5.1.1 电缆室内部压力升分布计算/93
5.1.2 断路器室内部压力升分布计算/95
5.1.3 母线室内部压力升分布计算/97
5.1.4 开关柜内部短路燃弧冲击特性分析/99
5.2 开关柜泄压盖和柜门动力学分析/105
5.2.1 开关柜泄压通道介绍/105
5.2.2 泄压盖开启压力阈值计算/106
5.2.3 柜门和隔板耐压强度计算/112
5.3 泄压盖开启时柜门和隔板压力计算/116
5.3.1 泄压效率的定义/116
5.3.2 电缆室柜门压力计算/116
5.3.3 断路器室柜门压力计算/117
5.3.4 母线室隔板压力计算/118
5.4 本章小结/119
第6章 开关柜泄压通道优化设计/120
6.1 开关柜泄压通道改进设计方法/121
6.1.1 现有泄压通道的不足/121
6.1.2 泄压通道改进设计方案/122
6.2 考虑泄压口的压力升SCM/124
6.2.1 可压缩气体的伯努利方程/124
6.2.2 考虑泄压口的SCM推导/126
6.2.3 计算方法与流程/129
6.2.4 SCM与CFD法计算结果对比/130
6.3 基于NSGA-II的改进泄压通道参数优化设计/131
6.3.1 NSGA-II相关理论/131
6.3.2 改进泄压通道参数优化设计/135
6.4 改进泄压通道泄压效率分析/139
6.5 本章小结/143
第7章 金属网格能量吸收器热-力效应防护效果分析/145
7.1 金属网格能量吸收器作用原理/146
7.2 金属网格能量吸收器建模方法/147
7.2.1 能量吸收模型/147
7.2.2 流动阻力模型/148
7.2.3 具体实现方法/150
7.3 金属网格能量吸收器效果仿真分析/151
7.3.1 计算模型/151
7.3.2 防护效果分析/151
7.4 影响因素分析/154
7.4.1 网格排列方式对防护效果的影响/154
7.4.2 网格条直径对防护效果的影响/155
7.4.3 网格层数对防护效果的影响/157
7.4.4 网格横纵节距比对防护效果的影响/158
7.4.5 能量吸收器放置位置对防护效果的影响/159
7.5 本章小结/160
参考文献/162
后记/174
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