尘土对电接触影响的实验室模拟方法研究

摘要

电接触广泛而大量地存在于电子、电力及自动控制等系统内。从可靠性理论可知，每对电接触触点都是串联在电路系统内的，它相当于一个电子元件，因此，其接触性能严重影响电子装置及电器的可靠性，而电接触界面在大气环境中易受腐蚀性介质和尘土的污染，致使电接触不良，设备的可靠性下降甚至失效。因此，研究环境污染(大气、尘土等)导致电接触故障的机理以及电接触故障对信号传输的影响，对提高电接触的可靠性，进而提高电子、电力系统可靠性具有重要意义。 作为研究尘土对电接触影响机理的基础，本论文研究尘土的带电性与微粒运动特征。根据触点的工作状况，确定影响尘土颗粒在接触区聚集的主要因素为电场、热与微动效应。采用有限元方法分析了电接触自身电场和热场对尘土在接触区域沉积的作用，并借助实验设备进行实验室模拟。通过分析和实验室模拟确定电场对尘土在接触区的聚集作用特征；触点的接触电阻在工作状态下生成焦耳热形成的热场对尘土沉积的作用规律。 由于该分析需要对实验对象进行故障再现研究，必须使用相应的设备进行实验室加速模拟试验，因此，尘土实验箱的研制和箱内空气流场的分布情况研究较为关键。本论文使用大型有限元分析软件ANSYS对尘土实验箱箱内空气流场分布情况进行模拟研究。尘土实验箱的研制以及其内部空气流场分析，为以后的电接触失效分析探索一种新的实验室模拟方法。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1 电接触科学简介

1.1.1电接触科学的定义

1.1.2电接触科学的重要意义

1.1.3环境因素对电接触可靠性的影响

1.2电接触可靠性环境实验简述

1.2.1环境实验简介

1.2.2环境试验设备发展历程

1.2.3流体仿真对环境实验设备的重要意义

1.3主要研究内容和意义

1.3.1本论文的主要研究内容

1.3.2本论文的意义

第二章电接触电场和热场对尘土沉积的影响

2.1电场对尘土沉积的影响

2.1.1尘土颗粒的带电特征

2.1.2电接触问电场的分析

2.1.3电场对带电尘土的捕获区域

2.1.4实验

2.2热场对尘土沉积的影响

2.2.1接触点得热功率估算

2.2.2 ANSYS热仿真分析

2.2.3实验

2.3本章小结

第三章尘土实验箱的研制

3.1尘土实验箱的设计要求

3.1.1尘土实验标准

3.1.2实验箱的主要参数

3.2尘土实验箱的设计方案简介

3.2.1尘土实验箱的控制系统

3.2.2尘土实验箱的结构

3.2.3容积的选择

3.2.4实验箱工作腔内环境

3.3尘土实验箱的初步制作

3.3.1尘土实验箱的制作

3.3.2尘土实验箱的测试

3.4尘土实验箱的温度和湿度系统

3.4.1实验箱温度系统

3.4.2实验箱湿度系统

3.5本章小结

第四章空气紊流流动与传热问题的数值解法

4.1紊流概述

4.2流动与传热问题的控制方程

4.2.1常用的数值方法简介

4.2.2紊流及其数值模拟方法概述

4.3紊流方程模型

4.3.1基本方程

4.3.2流动与传热问题的控制方程的通用形式

4.3.3流动与传热问题控制方程的守恒与非守恒形式

4.3.4控制方程的离散化方法

4.4边界条件的确定方法

4.4.1近壁面边界条件的确定

4.4.2入口边界条件

4.4.3出口边界条件

4.4.4固体壁面条件

4.5代数方程的求解与收敛原则

4.5.1代数方程的求解

4.5.2计算收敛原则

4.6本章小结

第五章尘土实验箱内部流场的有限元仿真模拟

5.1有限元软件ANSYS及其FLOTRANCFD功能简介

5.1.1 ANSYS简介

5.1.2 ANSYS/FLOTRAN CFD简介

5.1.3 ANSYS/FLOTRAN CFD的单元

5.1.4 ANSYS/FLOTRAN 的边界条件

5.2 ANSYS/FLOTRAN分析方法

5.2.1确定计算的区域

5.2.2确定流体的状态

5.2.3边界条件的引入

5.2.4物性参数的选择

5.2.5求解

5.3仿真结果与分析

5.3.1不同箱体结构形状对流体场分布的影响

5.3.2不同气流组织方式对流体场分布的影响

5.3.3风速和加载样品对流场分布的影响

5.3.4尘土颗粒在尘土实验箱内的运行轨迹

5.4本章小结

第六章总结

参考文献

附录

致谢

攻读学位期间发表的学术论文