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龙图腾网获悉福州大学申请的专利一种耦合动态电弧热源的电缆绝缘材料分解过程仿真方法获国家发明授权专利权，本发明授权专利权由国家知识产权局授予，授权公告号为：CN115440307B 。

龙图腾网通过国家知识产权局官网在2025-09-05发布的发明授权授权公告中获悉：该发明授权的专利申请号/专利号为：202211144803.5，技术领域涉及：G16C10/00；该发明授权一种耦合动态电弧热源的电缆绝缘材料分解过程仿真方法是由许志红;唐昭晖;叶骁勇设计研发完成，并于2022-09-20向国家知识产权局提交的专利申请。

本一种耦合动态电弧热源的电缆绝缘材料分解过程仿真方法在说明书摘要公布了：本发明涉及一种耦合动态电弧热源的电缆绝缘材料分解过程仿真方法，包括：构建电缆动态电弧热源仿真模型，计算电弧的电气参数；构建电缆绝缘材料炭化生成物的物性参数测试实验平台，测定电缆绝缘材料热分解生成物的相关参数；构建耦合电弧热源的电缆绝缘材料燃烧仿真模型，计算燃烧过程中火焰的温度、热释放速率随时间变化的数据及烟气的生成和流动；构建耦合电弧热源和火焰热源的电缆绝缘材料热分解过程模型，模拟电缆绝缘表皮在电弧高温作用下的分解和炭化物质积聚过程；构建气流作用下电缆热分解产物分布模型，模拟电缆热分解生成物在电弧和火焰导致的气流下的运动和分布。该方法有利于模拟电缆的电弧和火焰的发展情况和电缆材料的分解情况。

本发明授权一种耦合动态电弧热源的电缆绝缘材料分解过程仿真方法在权利要求书中公布了：1.一种耦合动态电弧热源的电缆绝缘材料分解过程仿真方法，其特征在于，包括以下步骤： 1构建电缆动态电弧热源仿真模型，基于磁流体动力学理论模拟电弧的发展过程，计算电弧的电、热、气流参数的动态特性； 2构建电缆绝缘材料炭化生成物的物性参数测试实验平台，基于压片法测定电缆绝缘材料热分解生成物的电导率、热导率、热释放速率和质量损失速度参数； 3构建耦合电弧热源的电缆绝缘材料燃烧仿真模型，以电弧温度作为电缆绝缘表皮燃烧的点火源，采用有限反应速率燃烧模型仿真电缆绝缘表皮的燃烧过程，计算燃烧过程中火焰的温度、热释放速率随时间变化的数据及烟气的生成和流动； 4构建耦合电弧热源和火焰热源的电缆绝缘材料热分解过程模型，耦合电弧热源和火焰热源产生的温度，通过流固耦合、热传导和电缆绝缘表皮聚合物材料的分阶段物质变化，模拟电缆绝缘表皮在电弧高温作用下的分解和炭化物质积聚过程； 5构建气流作用下电缆热分解产物分布模型，模拟电缆热分解生成物在电弧和火焰导致的气流下的运动和分布情况； 所述电缆动态电弧热源仿真模型按如下方法进行仿真模拟： 在仿真初始时刻，首先初始化电弧弧柱区域温度，按照电弧温度计算电弧各单元的电导率σ，然后计算回路中的电流I的大小； 建立电缆电磁场模型，设置激励源为电流激励源，大小为I，求解0时刻电弧的电流密度J； 建立电缆的流体场模型，用于考虑空气、电缆导体和电缆绝缘表皮的流固耦合；将电流密度J和电导率σ加载到电缆的流体场模型，计算焦耳热W，求解动量守恒方程、能量守恒方程，得到Δt时刻的电弧温度T； 重新建立电缆电磁场模型，将Δt时刻的电弧温度T导入电缆电磁场模型，计算Δt时刻电弧的电流密度J； 更新电缆的流体场模型的焦耳热W，求解动量守恒方程、能量守恒方程，得到2Δt时刻的电弧温度； 按照上述逻辑过程计算直到求解结束；步骤1求解过程中每一个时刻的电缆电弧温度T都作为步骤3和步骤4中的热源，按时间步耦合到步骤3和步骤4的模型当中； 所述电缆绝缘材料炭化生成物的物性参数测试实验平台按如下方法进行测定工作： 获取电缆热解产物的黑色混合物粉末，与PVP粘结剂粉体混合研磨，质量比为1:2至1：3，置于压片机内，压制成具有一定厚度的圆片状薄片； 将制备好的圆片状样品置于平顶状电极之间，电极内附带收集电流电压温度数据的热电偶，通入电流； 实验前对样品进行预处理，维持设定温度一定时间，低于PVC热解温度，以去除样品中可能存在的水分和挥发性气体； 然后进行多次热循环，循环过程中电流呈等值增大，每组电流保持设定时间，由热电偶记录样品对应电流的电压和温度； 按照下式计算样品电导率： 式中，σ为电导率，I为电流，h为样品高度，U为样品两端的电压，d为样品直径； 对于电缆热解产物的热导率，采用导热仪直接测量； 对于电缆绝缘材料的热释放速率和质量损失率，采用热重分析仪及锥形量热仪进行测量； 所述耦合电弧热源的电缆绝缘材料燃烧仿真模型按如下方法进行仿真模拟： 基于计算流体力学理论，采用有限反应速率燃烧模型建立电缆绝缘材料燃烧过程的模型； 按照电缆的实际结构建立电缆的几何模型；按照步骤2中实验测试得到的绝缘材料随温度变化的热导率、热释放速率以及质量损失速率参数设置电缆绝缘层的材料参数；以步骤1的电缆动态电弧热源仿真模型作为电缆绝缘材料燃烧过程模型的点火源，基于传热学理论计算每一个时刻电力电缆各位置的温度分布情况，若某个位置温度高于电缆绝缘材料的燃点，则启动有限反应速率燃烧模型； 按照电缆绝缘层材料的组分，计算各项成分及质量分数，划分出可燃物质，其余物质均视为非可燃物质； 根据燃烧反应化学方程式，确定燃烧反应生成物，根据能量平衡方程计算电缆材料燃烧生成物的标准状态摩尔生成焓，求解得到电缆绝缘层在燃烧过程中火焰温度、热释放速率随时间变化的数据； 求解动量平衡方程，计算得到电缆燃烧过程中烟气的流动； 所述耦合电弧热源和火焰热源的电缆绝缘材料热分解过程模型按如下方法进行仿真模拟： 主要材料为PVC聚合物的电缆绝缘表皮的热解过程为三个阶段，第一阶段为温度464K-642K之间，电缆绝缘表皮材料受热分解，PVC主链上的Cl在高温下脱除并与H结合，释放HCl气体，形成多烯烃链、环烷烃和芳香族化合物；第二阶段为温度691K-808K，继续析出HCl气体；第三阶段为830K-931K，电缆绝缘表皮进一步热分解为碳酸钙、炭黑残留物；将PVC材料分为Cl离子部分和其它化合物链两个部分；将Cl离子按上述热解的三个温度阶段进一步分为不稳定Cl离子材料、较稳定Cl离子材料和稳定Cl离子材料三部分；不稳定Cl离子在464K-642K温度阶段会析出HCl气体；较稳定Cl离子在691K-808K温度阶段会析出HCl气体；稳定Cl离子在830K-931K温度阶段析出HCl气体；将不稳定Cl离子、较稳定Cl离子、稳定Cl离子和其它化合物链按照百分比均匀分配到电缆绝缘材料的网格上； 在步骤1和步骤3的基础上，建立电缆绝缘材料热分解过程模型；通过步骤1计算得到电弧的温度和步骤3计算得到火焰的温度，作为电缆绝缘材料热分解过程模型的热源，计算电弧作用下电缆绝缘表皮内部的热传导和温度分布；当绝缘表皮内部温度处于第一阶段464K-642K之间时，认为此时不稳定Cl离子脱除并释放HCl气体，将分配有不稳定Cl离子材料的网格材料替换为空气；当绝缘表皮内部温度处于第二阶段691K-808K之间时，将分配有较稳定Cl离子材料的网格材料替换为空气；当绝缘表皮内部温度处于第三阶段830K-931K之间时，将分配有稳定Cl离子材料的网格材料替换为空气；最后得到绝缘介质材料的分解过程和炭化物质的积聚情况； 所述气流作用下电缆热分解产物分布模型按如下方法进行仿真模拟： 采用Realizablek-ε湍流模型，按电缆的实际几何结构建立模型；将步骤1中的电弧和步骤3中的火焰作为热源，求解电缆空隙中气体的能量平衡方程、动量平衡方程和质量平衡方程，计算得到电缆空隙中的气体压强、气流流速参数； 将计算得到的气体压强作为驱动力，计算作用在每个热解产物单元上的力；基于动力学理论，获得气流作用下热分解产物的加速度、速度及位移运动参数，从而得到热分解产物在气流作用下的分布情况。

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