1、概述
可視化仿真是90年代嶄新的技術(shù)領(lǐng)域。它是涉及計算機圖象學(xué)、圖形處理、計算機輔助設(shè)計、計算機視覺及人機交互技術(shù)等多個領(lǐng)域的一個嶄新的技術(shù)領(lǐng)域。在工程設(shè)計領(lǐng)域，可視化仿真或科學(xué)計算可視化被定義為對科學(xué)計算或仿真計算所獲得的數(shù)據(jù)進行可視化加工或三維圖形和動畫顯示，并可通過交互的改變參數(shù)來視察計算結(jié)果的全貌及其變化。由于科學(xué)計算可視化對各門學(xué)科和工程技術(shù)的發(fā)展有極其重要的意義及實用價值，因而這種技術(shù)在它一開始出現(xiàn)就得到人們的極大重視。
實現(xiàn)科學(xué)計算的可視化具有多方面的重要意義。它可以大大加快數(shù)據(jù)的處理速度，使龐大的數(shù)據(jù)得到有效的利用；能把不能或不易觀察到的工程現(xiàn)象變?yōu)槭谷藗兡馨l(fā)現(xiàn)并理解被設(shè)計和被研究對象所產(chǎn)生的物理機理，從而提出改進設(shè)計的具體措施；可以實現(xiàn)對計算過程的引導(dǎo)和控制，通過圖形交互手段可方便快速的改變設(shè)計和計算的原始數(shù)據(jù)和條件，并通過三維圖形或動畫來顯示和觀察改變原始數(shù)據(jù)對設(shè)計和研究對象基本特性的影響，來達(dá)到對象優(yōu)化設(shè)計的目的。來源:輸配電設(shè)備網(wǎng)
低壓電器的滅弧室一般由器壁形成一個小室，電弧開斷過程在滅弧室內(nèi)進行，并且時間很短，很難用肉眼進行觀察，特別是要定量地掌握和了解滅弧室內(nèi)如電弧溫度、離子濃度、氣體壓力，氣流速度等物理參數(shù)變化，則難度更大。近年來，由于磁流體動力學(xué)（MHD）數(shù)值分析的進展，使人們依靠電弧的物理數(shù)學(xué)模型來模擬低壓電器開斷過程成為可能，如果把這種仿真算法和三維可視化技術(shù)結(jié)合起來，則可使滅弧室內(nèi)電弧的開斷過程在計算機屏幕上顯示出來，讓人們觀察到電弧在滅弧室內(nèi)運動情況，以及溫度，流場等分布和變化情況，這對今后低壓電器滅弧室的設(shè)計有重大意義。
目前圖形及計算機技術(shù)得到極大的發(fā)展，使在微機上進行三維空間可視化仿真成為可能。本文以磁流體動力學(xué)為基礎(chǔ)，綜合流場、電磁場、溫度場等計算，建立低壓斷路器開斷電弧的動態(tài)數(shù)學(xué)模型。在Windows98平臺上用VisualC++語言編制，利用基于Windows98的三維圖形模塊，形成了友好的人機界面，對開斷中電弧的運動在三維空間進行顯示，對溫度，氣流等參數(shù)以圖形可視化方式表示，實現(xiàn)了低壓斷路器開斷的可視化仿真軟件系統(tǒng)。
2、低壓斷路器開斷電弧的數(shù)學(xué)模型
斷路器中的開斷電弧滿足下列方程。質(zhì)量連續(xù)性方程
動量守恒方程
F:質(zhì)量力； v：速度；
P：壓力；
能量方程
ρ：密度；h:焓；T：溫度（K）；t:時間（s）;K：熱傳導(dǎo)系數(shù)；s：熱源項
在每一層每個單元的電流密度是：
其中G是電導(dǎo)，電導(dǎo)率由這一層元i,k的溫度決定。
電弧輻射所發(fā)射出的能量是：
QR=A.ε.K.（T4-T40）
A：表面積；ε：輻射率；K：玻爾茲曼輻射常數(shù)；T：溫度；T0：周圍溫度；
磁場中的電弧等離子體受到磁場力的驅(qū)動：
電弧等離子體在磁場中運動時，產(chǎn)生感應(yīng)電流，受到磁場對它的作用力，與流體運動的方向相反，阻止流體的運動。
3、電弧開斷過程可視化仿真
可視化被定義為對科學(xué)計算或仿真計算所獲得的數(shù)據(jù)進行可視化加工或三維圖形和動畫顯示。本文研制的低壓斷路器開斷的三維可視化仿真軟件，系在Windows98平臺上用VisualC++語言編制，利用基于系統(tǒng)的三維圖形模塊，在三維空間以動畫方式顯示的開斷過程中電弧的運動情況，并繪出仿真計算的開斷電壓電流波形。
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