具体描述
内容简介
本书系统地总结了作者十多年来在SF6与其混合气体中电弧动态特性
的研究成果。书中第1至5章，全面叙述SF6与其混合气体的基本特性和有
关实验研究。第6至9章着重介绍创新建立的电弧二维动态数学模型和所采
用的数值分析方法及其应用。第10至14章，深入分析SF6与其混合气体中
电弧热边界区特性和电弧阻塞现象，并系统地研究其气流特性。最后两章叙
述灭弧室结构参数的综合调整，以改善混合气体灭弧室的开断特性，为在断
路器中应用SF6/N2混合气体取代纯SF6提供了科学依据。
本书不仅对分析SF6和SF6/N2混合气体电弧特性有理论意义，并且对
SF6和SF6/N2混合气体断路器的研制开发具有实用价值。
本书可供高等学校、研究和设计制造单位有关专业的教师、研究生、科学
研究人员和工程技术人员参考应用。
A BRIEF INTRODUCTION TO THE BOOK
The systematical results of the authors' researches on dynamic charac-
teristics of electric arcs in SF6 and its gas mixtures are summed up in this
book. From Ist to 5th chapters, the fundamental properties of SF6 and its
gas mixtures and experimental researches concerned are comprehensively re-
lated. From 6th to 9th chapters, a new two-dimensional mathematical model
of arc and its numerical analyses and applications are presented. From lOth
to 14th chapters, characterictics of thermal bounday region of arc and phe-
nomena of arc clogging in SF6 and its gas mixtures are analyzed. In the last
two chapters the comprehensive adjustments of construction parameters of
the interrupter are introduced in order to improve the breaking characteris-
tics of the interrupter with SF6/N2 gas mixtures.
This book is an academic monograph and applies to teachers, postgrad-
uates, researches and engineers of relevant specialities of universities, re-
search and design institutes.
作者简介
作者简介
王其平教授，浙江宁波人，1926
年出生于上海。1949年毕业于上海
大同大学。50年代曾在苏联莫斯科
动力学院进修研究。1952年1月起
历任上海交通大学、西安交通大学助
教、讲师、副教授、教授、博士生导师。
现任西安交通大学学术委员会副主
任，《西安交通大学学报》主编，校人
体科学研究中心主任，电力设备电气
绝缘国家重点实验室学术委员会主
席，中国电工技术学会名誉理事，电
接触及电弧研究会主任委员，跨国
IEEE高级会员，国际气体放电及其应用会议国际委员会委员等
职。
40多年来，王其平教授一直从事电器和电弧理论、电接触理
论的教学和科学研究工作，是交通大学电器专业创建人之一。早在
1963年出版的《电器中的电弧理论》一书，为国内这方面第一本专
著，在创建电器电弧理论的科学体系方面起了先导和开拓作用。
王其平教授与其合作者在国内首先创建了四个不同层次、各
具特色的电弧动态数学模型，提出了电接触材料的侵蚀机理和表
面形貌特征的新观点。出版了5部专著，发表论文120余篇，获国
家教育委员会、机械电子工业部颁发的科技进步奖5项和荣誉证
书10多种，还获得国务院1991年颁发的政府特殊津贴证书。
他与同事联合发起和主持了在西安交通大学召开的两届“电
接触、电弧、电器及其应用国际会议”，应邀访问过瑞士、德、英、意、
波、加、日、美等国的有关大学。
他是我国在该领域内有突出贡献的专家，被选入1992年出版
的《中国人名大词典》当代人物卷。
ABriefIntroduction
totheAuthor
WangQi－Pingwasbornin1926inShanghai，China.He
graduatedfromDaTongUniversity，Shanghaiin1949.Heen－
gagedinadvancedstudiesinMoscowEnergeticInstitute，USSR，
in1950s.HeisaprofessorofXi’anJiaotongUniversity.Healso
servesastheViceChairmanoftheAcademicCommitteeofthe
University，ChiefEditorofJournalofXi’anJiaotongUniversity，
DirectorofSomaticScienceResearchCenteroftheUniversity，
ChairmanoftheAcademicCommitteeofStateKeyLaboratoryof
ElectricalInsulationforPowerEquipments，HonoraryCouncil
Member of China Electrotechnical Society, Chairman of Electric
Contact and Arc Research Institute, senior member of IEEE,
member of International Committee of International Conference
on Gas Discharges and Their Applications, etc..
For more than forty years, Prof. Wang Qi-Ping has been
engaged in teaching and research of electrical apparatus, electric
arc theory and contact theory. He was one of the founders of
Electrical Apparatus Speciality of Jiaotong University. The book
"The Theory of Electric Arcs in Electrical Apparatus" was pub-
lished early in 1963, it is the first book on this field in China.
Prof. Wang and his cooporators established four different kinds
of mathematical models of electric arc in gas flow with distinctive
features for the first time in China, and advanced the new view-
points of the formation mechanisms of erosion and surface mor-
phology of electric contacts by breaking arcs. He has published
five books and more than 120 papers in the above mentioned
fields. His scientific research work is fruitful. He has obtained
five awards of science and technology progress and more than 10
honorable certificates given by the State Education Commission
and Ministry of Machine Building and Electronic Industry, and
the certificate for special allowance given by State Council in
1991.
He with his colleagues jointly sponsored and organized Ist
and 2nd International Conference on Electrical Arcs, Contacts,
Apparatus and their Applications in Xi'an. He attended interna-
tional conference many times and was invited to visit relevant u-
niversities in Switzerland, Germany, U. K. , Italy, Poland,
Canada, Japan, U. S.A.
Prof. Wang is a specialist with distinguished contributions
in electrical engineering. His name and biography has been in-
cluded in "The Great Dictionary of Chinese Biography-Contem-
porary Figures" published in 1992.
目录信息
前言
符号说明
第1章 绪论
1.1 SF6气体的特性和SF6灭弧室工作原理
1.2 SF6混合气体灭弧性能研究的进展
1.3 电弧动态特性和数学模型的研究
第2章 SF6混合气体基本性质及选择
2.1 混合气体理论
2.2 添加气体的物理化学性质
2.3 SF6混合气体的物理化学性质
2.4 SF6混合气体的选择
第3章 SF6和SF6/N2气体中电弧参数的测试及分析
3.1 实验设备
3.2 电弧电压、电流和燃弧时间的测试
3.3 电位探针法对弧柱电位梯度的测试
3.4 电弧弧柱形象的拍摄
3.5 电弧等离子体温度的光谱诊断
3.6 SF6与SF6/N2气体中电弧参数的比较
第4章 SF6和SF6/N2气体存在电弧时气流场的光学
显示测量
4.1 光学测量的基本原理
4.2 差分干涉测量技术及光路布置
4.3 电弧气流场的测量方法和特点
4.4 干涉条纹间距的确定及条纹方向的影响
4.5 电弧气流场光学显示测量结果
第5章 SF6和SF6/N2气体灭弧室开断特性的实验研究
5.1 实验设备与测试技术
5.2 开断电流过程中灭弧室气压和分闸速度分析
5.3 SF6和SF6/N2气体灭弧室开断特性的实验结果
5.4 喷口直径和混合比对开断特性的影响
5.5 混合气体开断特性分析
5.6 混合气体开断特性的经验公式
第6章 电弧二维动态数学模型
6.1 本研究所用的灭弧室结构
6.2 电弧二维动态数学模型的控制方程组
6.3 关于湍流的考虑
6.4 对于辐射的处理
6.5 电弧二维动态数学模型的建立
6.6 本电弧数学模型的特点
第7章 数值分析方法
7.1 Patankar－Spalding方法简介
7.2 Patankar－Spalding方法在喷口电弧上的应用
7.3 流场中固体区域的处理
7.4 壁面函数法
7.5 关于弧柱边界
7.6 计算机程序
第8章 SF6和SF6/N2气体中喷口电弧特性的数值分析
8.1 SF6和SF6/N2气体中电弧的准稳态特性
8.2 SF6和SF6/N2气体中电弧的动态特性
8.3 SF6和SF6/N2气体中电弧电流过零后的热恢复特性
第9章 SF6和SF6/N2气体介质强度恢复特性的数值分析
9.1 灭弧室静电场的数值分析
9.2 弧后气流场的计算
9.3 SF6和SF6/N2气体介质强度恢复特性
第10章 电弧热边界区特性及分析
10.1 电弧弧柱、热边界区和外部冷气流的组成
10.2 热边界区的形成过程和变化特点
10.3 热边界区直径和温度
10.4 热边界区对喷口气流量和电弧能量发散的影响
10.5 热边界区对介质强度恢复特性的影响
第11章 SF6和SF6/N2气体中电弧阻塞效应分析
11.1 电弧阻塞效应概述
11.2 弧柱阻塞与热边界区阻塞
11.3 电弧能量密度的影响
11.4 流量密度和焓流率的影响
11.5 气体性质与加热效应的关系
11.6 SF6/N2混合气体中电弧阻塞效应的增强
第12章 SF6和SF6/N2气体气流特性的数值分析
12.1 灭弧室喷口内气流动态特性的分析原理
12.2 喷口中电弧能量分布及其对气流的影响
12.3 上游气缸内气体能量平衡方程
12.4 喷口内气流量方程
12.5 气流特性与分闸速度特性的联合模拟计算
12.6 数值分析原理与计算
第13章 SF6和SF6/N2气体气流特性研究
13.1 SF6/N2混合气体热力学参数的求解
13.2 SF6、N2和SF6/N2气体气流特性的数值计算结果
13.3 不同气体介质对分闸速度的影响
13.4 混合比、充气压力及机构操作力对气流特性的影响
第14章 灭弧室喷口内气流场参数的空间分布
14.1 一维定常等熵流理论
14.2 喷口内气流流动状态与激波位置判定
14.3 灭弧室喷口内不存在激波的条件
14.4 灭弧室喷口内气流场参数的数值计算结果
第15章 灭弧室结构参数对SF6/N2混合气体开断特性
的影响
15.1 压气式变熄弧距灭弧室的主要结构形式和参数
15.2 气缸直径的影响
15.3 喷口喉部直径的影响
15.4 上游区长度的影响及lu/Dt比值的确定
15.5 喷口下游扩张角的影响
第16章 混合气体灭弧室开断特性改善与结构参数
的选择优化
16.1 气流特性改善的依据和目的
16.2 混合比、充气压力与操动机构操作力的确定
16.3 灭弧室结构参数的综合调整
参考文献
· · · · · · (收起)
读后感
用户评价
这本书的深度和广度都远超出了我的预期。我特别欣赏作者在阐述实验方法和数据分析时的那种一丝不苟的态度。很多关于电弧特性的研究，往往受限于测量技术的精度和环境的复杂性，但这本书似乎穷尽了各种手段来尽可能还原真实的物理过程。其中关于瞬态过程的捕捉和时间分辨光谱分析的部分，写得尤为精彩。作者没有回避技术上的难点，反而坦诚地讨论了不同诊断工具的局限性，并提出了相应的校准和修正方法。这对于正在进行相关研究的科研工作者来说，简直是如获至宝。我感觉自己仿佛坐在作者的实验室里，亲身参与了那些复杂的实验设计和数据解读过程。更让我印象深刻的是，书中对材料相互作用的探讨，即电弧对电极材料的侵蚀机理，分析得极为透彻，涉及到热力学、动力学乃至材料科学的交叉领域。这本书绝非仅限于描述“是什么”，它更着力于解释“为什么会这样”，并且提供了“如何去控制”的思路，这种系统性的思维方式，是区分优秀技术专著和普通参考书的关键所在。
从编辑和排版的角度来看，这本书也体现了出版方对专业书籍应有品质的坚持。纸张的质感很好，使得图表和公式的印刷清晰锐利，这一点对于需要反复查阅公式的读者来说至关重要。更值得称赞的是，书中的参考文献列表组织得极其规范和详尽，为读者指明了进一步深入研究的方向。在探讨前沿问题的部分，作者对最新的研究进展把握得相当及时，显示出作者对该领域保持着持续的关注和投入。整本书的逻辑结构如同一个精密仪器的内部构造，每一个部分都服务于整体的运行和最终的结论。读完这本书，我感觉自己像是完成了一次系统性的专业培训，它不仅填补了我知识体系中的空白，更激发了我对等离子体物理和高压电器领域未来发展的强烈兴趣。这本书无疑是该领域内一本具有里程碑意义的参考著作。
这本书，坦白说，从书名上看就透着一股硬核的理工科气息，那种让人一头扎进公式和实验数据的感觉。我拿起这本书，首先注意到的是它在封面设计上的那种低调的专业感，没有花哨的图案，只有清晰的字体和严谨的排版。我原本以为这会是一本非常枯燥的理论教材，但翻开第一章，我就被作者对“电弧”这个现象的描述给吸引住了。作者并没有直接堆砌复杂的数学模型，而是先用生动的笔触勾勒出了电弧在不同环境下的物理形态，那种高能等离子体的瞬间爆发与稳定维持之间的微妙平衡，被描述得如同在观察一场微观世界的激烈舞蹈。这本书的难得之处在于，它不仅关注了电弧本身，还深入探讨了其在实际工程应用中的各种约束和优化，特别是对于那些涉及到高压开关设备和等离子体加工领域的工程师来说，这本书无疑是提供了一个非常坚实的基础。读完前半部分，我感觉自己对电弧物理的理解上升到了一个全新的高度，不再是停留在教科书上那些简单的概念层面，而是开始能够从能量守恒和物质传输的角度去剖析问题的本质了。这本书的价值，在于它成功地将深奥的物理原理与实际应用场景紧密地结合起来，做到了理论指导实践的完美平衡。
这本书的实战价值，体现在它对于特定工业场景的深入剖析上。它不仅仅停留在基础理论的研究，更重要的是，它将这些理论知识转化为了可操作的工程参数和设计指导原则。我尤其关注了其中关于不同介质中电弧行为差异的对比分析章节。无论是空气、惰性气体还是特定的混合气体环境，电弧的特性都会发生显著变化，这直接影响到高压断路器的灭弧性能和寿命。书中对这些不同工况下的击穿电压、电弧电压梯度以及消弧时间进行了详尽的数值模拟与实验验证对比，这种高保真度的模拟结果，对于优化现有设备的设计参数具有极高的参考价值。我发现，书中提供的一些经验公式和修正系数，是教科书上很少提及的，这些往往是基于大量的工程实践数据总结出来的“行业内幕”知识。这本书的编写者显然有着丰富的现场工程经验，能够精准地把握理论研究与实际工程需求之间的那个关键“桥梁”点。
老实说，我刚开始接触这类前沿的工程物理书籍时，常常会被那些密密麻麻的符号和复杂的耦合方程吓退。然而，这本书的编排结构却非常具有引导性。它采用了“由浅入深、层层递进”的叙事方式，每一个新的概念或模型都是建立在前一个知识点之上的。对于初学者来说，可能需要一些耐心去消化基础理论部分，但一旦跨过了这道门槛，后续章节的阅读体验就会变得非常流畅。特别是作者在引入非理想效应，例如湍流、不均匀性和壁面效应时，总能配上清晰的示意图和简化的类比，使得那些原本抽象的概念变得具象化。这本书的学术严谨性毋庸置疑，但其行文风格却带着一种难得的热情和说服力，仿佛作者在极力地向读者证明这个研究领域的美妙和重要性。这本书的阅读过程，与其说是学习，不如说是一场循序渐进的思维拓展之旅，它教会了如何用更精细的物理视角去看待电弧这种普遍又复杂的现象。
