金屬熔橋是電弧放電形成前的重要階段,電弧則是造成觸點(diǎn)粘接的主要原因,而粘接也是觸點(diǎn)的主要失效方式,因此關(guān)于金屬熔橋的研究對電接觸失效問題的研究是極其有幫助的。本文以金屬觸點(diǎn)在分?jǐn)噙^程中的熔橋行為作為研究對象,通過理論建模研究與仿真研究的技術(shù)手段,展開了對金屬熔橋熱特性以及金屬熔橋典型實(shí)驗(yàn)波形兩方面的分析。首先,基于熱平衡原理建立了金屬觸點(diǎn)、熔橋溫度分布模型,研究了金屬觸點(diǎn)、熔橋溫度分布的規(guī)律與穩(wěn)態(tài)金屬熔橋最高溫度、根部溫度的影響因素;對比分析了橋半徑、橋長度、回路電流、不同金屬材料等因素對于金屬熔橋溫度分布的影響;總結(jié)了最高溫度、回路電流、橋半徑、橋長四個物理量對穩(wěn)態(tài)金屬熔橋熱特性的影響。其次,研究了非穩(wěn)態(tài)金屬熔橋溫度分布的規(guī)律;建立了金屬熔橋溫度隨時間變化的模型;研究了金屬熔橋形成過程與斷裂前溫度、熱功率的變化;研究了金屬熔橋溫度、熱功率變化過程中的特點(diǎn)與聯(lián)系;對比分析了分?jǐn)噙^程中分?jǐn)嗨俣�、橋半徑、橋長度、回路電流、不同金屬材料等因素對于金屬熔橋溫度隨時間變化規(guī)律的影響。進(jìn)而,依托有限元仿真軟件Comsol Multiphysics建立了觸點(diǎn)分?jǐn)噙^程中金屬熔橋熱特性的仿真模型;得出了... 

【文章來源】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)黑龍江省 211工程院校 985工程院校

【文章頁數(shù)】：74 頁

【學(xué)位級別】：碩士

【部分圖文】：

本文總體研究方案

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文11dPI——薄層本身的導(dǎo)體發(fā)熱功率（W）；dPdl——薄層的對流散熱功率（W）dPfs——薄層的輻射散熱功率（W）。令金屬熔橋與觸點(diǎn)表面交界處為原點(diǎn)，金屬觸點(diǎn)薄層與原點(diǎn)的軸向距離為自變量x，溫升為τ。其中傳出與傳入薄層的功率差值可以表示為ddddcdcdPPAx(2-12)薄層本身的導(dǎo)體發(fā)熱功率可以表示為22dddIIpPIRxA(2-13)薄層對流散熱功率與輻射散熱功率可以表示為242d2πdd2πddldlfsfPkrxPrx(2-14)由于金屬熔橋橋半徑及體積相比金屬觸點(diǎn)表面半徑及體積要小得多且金屬觸點(diǎn)的半徑與長度往往相差不大，對于金屬熔橋與金屬觸點(diǎn)交界處這一點(diǎn)的熱量來說，其軸向與徑向傳導(dǎo)散熱效率即為接近，因此當(dāng)金屬傳熱截面半徑突然增大約數(shù)千倍時，其等溫線會發(fā)生彎折。金屬觸點(diǎn)的等溫線即傳導(dǎo)散熱的有效傳熱面積示意圖如下：圖2-1金屬觸點(diǎn)等溫線分布示意圖由上圖可知，金屬熔橋與觸點(diǎn)交界處的有效傳導(dǎo)散熱面積即為金屬熔橋的截面面積，而交界處附近的等溫線則接近于橢圓弧，等溫線隨著與交界處距離的增大越來越接近于圓形唬為了準(zhǔn)確建模研究，將所有等溫線在其徑向投影長度不變的情況下均等效為一個半圓弧，如圖2-2所示。

哈爾濱工業(yè)大學(xué)工學(xué)碩士學(xué)位論文12圖2-2金屬熔橋與觸點(diǎn)交界處實(shí)際等溫線與近似等溫線分布示意圖金屬觸點(diǎn)與熔橋交界處的徑向投影等溫線長度為金屬熔橋的直徑2r1，則等效為半圓形的半徑x0為102πrx(2-15)若金屬觸點(diǎn)的長度為l2，半徑r2≥2l2，則穿過金屬觸點(diǎn)外表面的完整半圓弧等溫線長度為πl(wèi)2。令金屬熔橋與觸點(diǎn)交界處為x0點(diǎn)，垂直于觸點(diǎn)表面方向軸向分布x點(diǎn)，這些點(diǎn)與交界處的距離為x-x0，則x點(diǎn)處實(shí)際傳導(dǎo)散熱面積為2112π22A=π2ππxrrxl(2-16)由于導(dǎo)電斑點(diǎn)處等電勢線與等溫線基本重合，則判斷電流線與熱量流動方向一致，將式(2-12)至式(2-16)代入式(2-11)，左右同除dx，整理公式得到2244262d2160dπfdlS22kIpxxrr(2-17)由于空氣自然對流散熱與輻射散熱所占總散熱比重極小且含τ項(xiàng)不利于微分方程求解，忽略含τ項(xiàng)可得22426d16dπSIpxx(2-18)式(2-18)的通解為226128CC3πSIpxx(2-19)當(dāng)x→+∞時，τ≈0，根據(jù)式(2-19)可以得到C1=C2=0，則微分方程的解為221126028223πππSIprrTxTxl(2-20)


本文編號：3391587