輻射伝熱場と電磁流体場の連成解析による遮断器アーク放電の消弧機構の解明

2021 Fiscal Year Research-status Report

• Project/Area Number: 20K14722
• Research Institution: The University of Shiga Prefecture
• Principal Investigator: 平山 智士 滋賀県立大学, 工学部, 講師 (70759274)
• Project Period (FY): 2020-04-01 – 2023-03-31
• Keywords: 電力用遮断器 / アーク放電 / 輻射伝熱解析

Outline of Annual Research Achievements

本研究課題で新たに開発する輻射熱輸送の解析モジュールを，申請者が開発した電磁流体解析プログラムに組み込むことで輻射伝熱と電磁流体場の連成解析プログラムを完成させ，送電系統用SF6遮断器と配電系統用空気遮断器の消弧現象の解明することが目的である。この研究目的の下で，2021年度は輻射熱輸送解析モジュールの開発と，輻射熱輸送解析に必要となる広範囲の温度・圧力条件での吸収計算データテーブルを構築した。
アーク放電周囲の輻射熱輸送には，光強度の立体角依存性が強く現れる。当初の研究計画では，主として計算コストの観点で優れるP1近似法を，熱輸送解析に用いることを予定していたが，光強度の立体角依存性が現れる輻射熱輸送の解析に，より適しているFVM法に変更して，3次元輻射熱輸送解析プログラムを開発した。さらに，この解析に必要となる，広範囲の温度・圧力条件での吸収計算データテーブルを，本研究プロジェクトで開発した放射・吸収係数計算プログラムを用いることで構築した。ここでは，輻射熱輸送の対象とする光の周波数範囲を32グループに分け，それぞれの領域でPlanck平均およびRosseland平均の2種類の方法により計算した。
また，数値解析を実行するための計算機クラスターに関しても本年度に開発を行った。輻射熱輸送解析では計算コストが膨大となるため，計算機クラスターは計5台のワークステーションから構成され，この計算機クラスターでは最大で208スレッドの並列計算が可能である。

Current Status of Research Progress

4: Progress in research has been delayed.

Reason

電力遮断器のアーク放電に関して，より現象再現性が高いと考えられる解析手法を採用するために熱輸送解析プログラムの開発計画の見直しを行った。そのため，当初の研究計画から遅れが生じてしまった。

Strategy for Future Research Activity

次年度では，21年度の研究で開発した輻射熱輸送解析プログラムを電磁流体解析プログラムと連成させ，その解析プログラムを用いて，消弧現象の解明を試みることを予定している。この検討では，アーク放電中の電子温度と電子数密度の経時変化とアーク放電の冷却メカニズム（輻射，対流，熱伝導）
から議論を行う。

Causes of Carryover

研究計画に遅れが生じたため，2021年度に予定していた支出が低く済んだ。残額に関しては，消耗品の購入および学会参加のための参加費・旅費に充てる予定である。