长持续时间雷电流电弧下材料损伤的电–磁–热–力耦合分析

作     者：肖慈恩 刘亚坤 XIAO Ci’en;LIU Yakun

作者机构：电力传输与功率变换控制教育部重点实验室(上海交通大学电气工程系)上海市闵行区200240 

出 版 物：《中国电机工程学报》 (Proceedings of the CSEE)

年 卷 期：2022年第42卷第22期

页      面：8382-8389页

核心收录：

学科分类：0808[工学-电气工程] 080803[工学-高电压与绝缘技术] 08[工学] 

基　　金：国家重点研发计划项目(2017YFC1501506) 国家自然科学基金项目(51977129) 中国航天科技集团有限公司第八研究院产学研合作基金(USCAST2020-38) 

主　　题：雷电 电弧 材料损伤 能量分析 磁流体 

摘      要：材料遭受雷电直击后的损伤机理是飞机、油罐等系统雷电防护研究的基础。基于电弧的磁流体动力学及其放电时阴极–电弧–阳极的联合分析,该文建立长持续时间雷电流电弧下材料损伤的电–磁–热–力耦合模型,研究雷电流电弧的热流体动力学特征;计算雷电流电弧作用下材料的损伤深度,并讨论材料损伤过程中各能量的贡献以及影响因素。结果表明,以飞机常用材料铝合金3003为示例,在幅值为400A、持续时间为500ms的长持续时间雷电流分量作用下,材料的损伤深度计算值为3.52mm,相比试验结果误差为6.2%;电弧弧柱的峰值温度为29700K,流速峰值为254m/s,压力峰值为103.7kPa。此外考虑电弧与电极间的能量传递过程,认为电弧与阳极材料的电弧热传导和材料表面吸收的电子能量是造成材料损伤的主要原因。