19 / 2021-05-24 10:03:33

真空断路器中电弧与阳极之间溅射作用的等离子体混合模型仿真研究

本文开发了基于等离子体混合算法的三维真空电弧射流模型来研究真空断路器中真空电弧和阳极之间的溅射现象。为了在效率和准确性之间取得更好的平衡，重粒子（离子和原子）被建模为粒子，电子被视为无质量的流体。该模型中的阳极在被重粒子撞击时可能会向电极间隙中发射原子。此外，蒙特卡洛碰撞算法被用来模拟电子和重粒子之间的非弹性碰撞。仿真结果显示，阳极被来自等离子体射流的高速离子冲击而发生溅射，并从阳极表面与等离子体接触的部分产生原子流。一些溅射的原子在从阳极到阴极的运动中与电子碰撞而被电离成Cu¹⁺离子。由于这些新离子的产生，等离子体中Cu¹⁺离子密度呈现出双峰分布，其中一个峰值靠近阴极，另一个靠近阳极。而这些离子根据其速度分布可以分为两组，从阴极到阳极运动的高速离子和从阳极到阴极运动的低速离子。图1中展示了不同类型粒子的相空间分布图，其中x = 0 mm代表阴极，x = 10mm代表阳极。V_x > 0代表粒子从阴极向阳极运动，V_x < 0代表粒子从阳极向阴极运动。此外，随着电弧电流的增加，被电离的溅射原子的数量变得更大，真空电弧中低速离子的比例逐渐增加。