关于高压断路器灭弧室摩擦力分析与检测

孙福松

【摘 要】在高压断路器灭弧室动态流场的数值计算中，常常需要快速而准确地提取涉及动网格技术的ANSYS流场海量计算结果，并绘制相关物理参数随时间变化的曲线图。通过集成ANSYS CFD-POST 和MATLAB 两款商业软件进行了流场后处理的二次开发工作，研制了一种提取相关数据的程序。结果表明，该程序能很好地解决动态流场后处理中海量数据的提取困难，避免大量额外工作等，实现数据处理工作的参数化和自动化。

【关键词】高压断路器；灭弧室；摩擦力；检测

引言

CFD-POST 作为一款优异的后处理软件，可作为所有ANSYS 流体动力学产品的通用后处理软件，其具有友好的人机界面、强大的数据处理功能和优良的图表绘制处理功能，且其使用简单易用的可视化和数量化的工具，来进行CFD 模拟得到结果的分析。该软件具有较广的应用范围，不仅可以处理CFX 生成结果文件，而且对通过FLUENT，ANSYS等软件生成的结果也可进行处理，甚至其他通用格式的文件（如CGNS 文件）也可进行处理，另外，该软件在二次开发方面也具有独特的功能。采用相关动网格技术进行高压断路器灭弧室流场计算研究工作，对于了解其中存在的复杂流动现象具有十分重要的意义；另外，流体区域发生变化的动网格技术在其它方面的应用也越来越普遍。

1 后处理二次开发程序的实现

该程序的实现是通过利用CFD-POST 命令流语言并结合MATLAB 数据处理软件来实现的。CFD-POST 命令流语言所要实现的功能是对某时间片段内的命令语言进行录制，且生成的命令流程序可方便地進行读写操作；还可以对录制好的命令流程序采用PERL 语言进行改写，实现循环、逻辑、判断及控制等功能。PERL 语言吸收了高级语言所具有的强大编程功能与灵活性，同时避免了脚本语言需要编译器和链接器来运行代码的缺点。其解释程序是开放源码的免费软件，且能够在绝大多数操作系统运行。

MATLAB 语言具有强大的文件读写能力、数据处理和曲线绘制能力。利用该软件处理CPD-POST的输出文件，以达到快速提取目标点相关物理参数、绘制曲线图的目的。另外，作为一款强大的数据开发、数据可视化以及数值计算的高级技术计算软件，MATLAB 语言具有强大的文件读写能力、数据处理和曲线绘制能力。文中利用了该软件处理CPD-POST 的输出文件，以达到快速提取目标点相关物理参数、绘制曲线图的目的。集成CFD-POST 和MATLAB 两款商业软件，可在一定程度上实现后处理数据提取展示工作参数化和自动化化，从而为结果文件的开发利用提取便利。

2 后处理二次开发的一般步骤

后处理二次开发程序步骤即输入文件前处理，相关点几何位置的编制、数据的提取、数据转化、数据处理和图表绘制等工作。该程序涉及到的子程序主要包括批量文件命名程序、批量数据提取软件、批量文件格式修改程序、MATLAB 文件读入、数据处理及曲线绘制文件。

1）原始结果文件的预处理。采用批量文件命名程序对原始结果文件进行了命名的统一化操作。由于采用程序化语言对海量数据进行批量处理，文件名必须具有一定的规律性，以利于文件的读入及后续操作。可将把杂乱无章名称的原始结果文件转化为标识文件编号的程序输入文件。

2）相关点几何位置的编制。建立了时间序列、输入文件编号序列及目标点几何坐标序列之间的对应关系。由于目标点相关物理参数随时间是规律变化，但其中某些点在动态计算中的几何坐标是随时间变化的，而时间序列并非总是有序变化，因而采用输入文件编号序列作为自变量编写几何坐标更合适。

3）数据提取。通过CFD-POST 中的命令流语言功能实现数据提取，通过录制命令流程序，并采用PERL 语言进行修改，可实现数据的快速准确提取，生成包含目标点信息和相关物理参数的输出信息文件（后缀名为.csv）。为提高目标点相关物理参数的提取速度，在打开一个后处理输入文件时，所有目标点的相关物理参数值一并提取并分别输出。其中通过PERL 语言对命令流程序进行修改，实现对数据提取工作自动化和参数化，包括自动化数据提取过程，输出信息文件名称的参数化，目标点几何坐标参数化，输出变量参数化和输出路径参数化等。

4）数据的转化。在这部分，笔者编制批量文件格式修改程序，将上一步生成的逗号分隔符文件（后缀名为.csv）转化为文本文件（后缀名为.txt），以便于MATLAB数据提取和处理。由于后者更容易被MATLAB 读入并处理，同时也为多数编程者所熟知，因此这里进行了将文件格式的转化。文件格式批处理程序语句简单易行，具有较强的可操作性和广泛的适用性。

3 结语

综上所述，文中开发了一套使用于ANSYS 流体动力学产品数据提取的程序，弥补了后处理软件CFD-POST二次开发方面的不足，特别是涉及动网格的目标点几何坐标变动的相关参数提取方面的不足，并采用实际算例进行了验证。该工作不仅对高压断路器灭弧室动态流场研究具有重要意义，同时作为一种二次开发程序，在其他领域流场数值计算的结果分析中也可借鉴应用。

参考文献：

[1] 张静，毛子强，杨国来.外啮合斜齿轮泵内部流场仿真与分析[J].液压与气动，2014（2）：10-13.

[2] 唐涛.高压SF6断路器介质恢复特性及其影响因素研究[D].沈阳：沈阳工业大学，2007.

（作者单位：新东北电气集团高压开关有限公司检修分公司）