陽極表面能流密度(EFD)分布可以表征極間等離子體對陽極的加熱作用，是重要的真空電弧特性參數。為此，在前期建立的真空電弧磁流體動力學(MHD)模型的基礎上，引入邊界條件，計算了小間隙中超音速電弧和亞音速電弧的陽極表面能流密度參數，并進一步分析討論了電弧電流、觸頭開距、觸頭半徑和縱向磁場(AMF)等燃弧參數變化對該參數的影響。

　　研究結果表明：1)當電弧電流增大時，上述參數均增大，且向弧心收縮加劇，亞音速電弧收縮更加明顯；2)當觸頭開距增大時，上述參數也向弧心區域逐漸收縮；3)當觸頭半徑增大時，上述參數均逐漸減小，且沿徑向分布越來越均勻；4)當縱向磁場增大時，上述參數的徑向分布越來越平緩。上述燃弧參數變化對陽極表面能流密度的分布均有影響，因此，減小觸頭開距、增大觸頭半徑和縱向磁場均能抑制陽極表面能流密度的收縮，減少輸入陽極的能量，提高真空開關開斷性能。

　　引言

　　小間隙真空電弧是新一代多斷口真空開關技術和相控開關技術中常見的電弧，對其進行深入研究是研發新型真空開關的基礎。根據真空電弧陽極斑點形成理論，極間電弧等離子體收縮使輸入陽極局部區域的能流密度增大，進而導致陽極局部過熱，形成陽極斑點。

　　Schellekens和Schulman采用高速攝像技術研究發現，電弧電流、觸頭半徑、觸頭開距和外加縱向磁場等燃弧參數的變化對真空電弧形態演變及收縮狀況有著重要影響。Schade總結得出，隨著縱向磁場和電弧電流的變化，真空電弧呈現超音速擴散電弧、多弧、亞音速擴散電弧、擴散柱電弧和收縮柱電弧等燃弧模式。董華軍等采用CMOS高速攝像機，結合Matlab數字圖像處理方法對不同觸頭結構下的小間隙真空電弧形態演變進行了定量研究。

　　通過實驗可定性研究電弧形態的變化及其影響因素，但真空電弧是在全封閉真空環境中燃燒的，其內部等離子體參數的測量和診斷十分困難。隨著計算機技術的不斷進步，研究人員通過對真空電弧進行數學建模，并采用數值方法求解，得到了真空電弧內部等離子體參數，從微觀角度定量分析了電弧特性，從而豐富了真空電弧的研究手段。Boxman等研究人員均在這方面取得了卓越研究成果。

　　陽極表面能流密度(energy flux density，EFD)是衡量極間等離子體對陽極加熱作用的參數，是最重要的電弧特性參數。本文采用數值模擬技術，求解真空電弧真空電弧磁流體動力學(magneto hydrodynamic，MHD)模型，得到陽極表面EFD的徑向分布，討論分析了電弧電流、觸頭半徑、觸頭開距和縱向磁場等燃弧參數變化對其分布的具體影響。進而提出了真空電弧調控策略，抑制電弧收縮，可進一步提高真空開關的開斷能力。

　　結論

　　1)陽極能流密度主要由電子產生，而離子的貢獻較少。

　　2)當電弧電流增大時，超音速和亞音速電弧的陽極能流密度均隨之增大，且向弧心區域收縮加劇；特別是對于大電流亞音速電弧，其增加更迅速且收縮更嚴重。

　　3)當觸頭開距增大時，超音速和亞音速電弧陽極能流密度均向弧心區域逐漸收縮，向邊緣區域逐漸降低。

　　4)當觸頭半徑增大時，超音速和亞音速電弧流入陽極的能流密度均逐漸減小，徑向分布更加均勻，收縮程度也有所減輕。

　　5)當縱向磁場增大時，陽極能流密度沿徑向分布越來越平緩；特別是在大電流情況下，縱向磁場有效抑制了能流密度的收縮，減小了輸入陽極的能量。在真空開關觸頭結構一定的情況下，改變縱向磁場是實現電弧調控、提高開關開斷能力的主要手段。