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Vérification du logiciel CFX pour la simulation de l'interaction arc-écoulement dans les disjoncteurs haute-tension.

Sébastien Paquette

Master's thesis (2011)

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Abstract

The goal of the project is to verify the possibility of using ANSYS Inc.'s CFX commercial code forsimulations of current interruption in a high-voltage circuit breaker. CFX is a fluid dynamic codein a wide sense, with available options for simulating many fluid flow problems, in three spatialdimensions. The method used for the verification is mainly a code to code comparison, and withanalytical solutions, when the geometry allow it. The code used as comparison basis is MC3, whichhas already been validated. It is specially made for simulating ignition and cutting of electric arcsin a circuit breaker geometry, with an axisymmetric approximation. The idea of the project is topass from a well validated two dimensional method, with axisymmetric approximations, to a fullythree spatial dimensions method, decreasing the number of approximations to do.The code verification and validation concepts are explained, with a summary of some particularmethods. A brief description of high-voltage circuit breakers operation is given, with a summary ofphysical principles used for its modeling. The physical equations solved by the computer codes aregiven (gas dynamic, radiation, electromagnetism), with a qualitative summary of numerical modelsused.The geometry and physics of test cases used are described, with analytical solution when possible.The results of theses test cases are analyzed and compared between the two codes and the analyticalsolution. The goal of theses test cases is to simulate simple cases showing separately each physicalcharacteristics present in a high-voltage circuit breaker. The physical characteristics of importanceare then verified one by one. An attempt on a more realistic and complex situation was finally done.

Résumé

Le but du projet est de vérifier s'il est envisageable d'utiliser le code commercial CFX de ANSYSInc. dans le but de simuler la coupure du courant dans un disjoncteur à haute tension. CFX est uncode de dynamique des fluides au sens large, avec des options disponibles pour simuler différentstypes de problèmes d'écoulements de fluides, en trois dimensions spatiales. La méthodologie utiliséeest principalement une comparaison entre deux codes, et avec la solution analytique, lorsque lagéométrie utilisée le permet. Le code utilisé comme base de comparaison est MC3, qui est un codeayant déjà été validé, conçu spécialement pour simuler l'allumage et la coupure d'un arc électriquedans une géométrie de disjoncteur haute tension, avec une approximation d'axisymétrie de la géométrie.L'idée derrière le projet est donc de passer d'une méthode de calcul en deux dimensionsque l'on sait fonctionnelle, avec des approximations pour obtenir des conditions axisymétriques, àune méthode de calcul pleinement tridimensionnelle en terme spatial, diminuant ainsi le nombred'approximations à effectuer.Les concepts de vérification et de validation de codes sont expliqués, avec un résumé de certainesméthodes particulières. Une brève description du fonctionnement des disjoncteurs haute tensionest donnée, avec un résumé des principes physiques utilisés. Les équations physiques résolues parles solveurs sont données (dynamique des gaz, rayonnement, électromagnétisme), avec un résuméqualitatif des modèles numériques utilisés.La géométrie et la physique des cas tests utilisés sont décrits, avec la solution analytique lorsquecela est possible. Les résultats de ces cas tests sont analysés et comparés entre les deux codeset la solution analytique. Ces cas tests ont pour but de simuler des cas simples faisant ressortirséparément chacune des caractéristiques physiques présentes dans un disjoncteur haute tension.Les caractéristiques physiques d'importance sont donc vérifiées une à la fois. Une tentative decalcul sur une situation un peu plus réaliste a finalement été effectuée.
Department: Department of Mechanical Engineering
Program: Génie mécanique
Academic/Research Directors: Jean-Yves Trépanier
PolyPublie URL: https://publications.polymtl.ca/526/
Institution: École Polytechnique de Montréal
Date Deposited: 16 Aug 2011 15:42
Last Modified: 08 Nov 2022 11:09
Cite in APA 7: Paquette, S. (2011). Vérification du logiciel CFX pour la simulation de l'interaction arc-écoulement dans les disjoncteurs haute-tension. [Master's thesis, École Polytechnique de Montréal]. PolyPublie. https://publications.polymtl.ca/526/

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