中文摘要：

SF6高压断路器灭弧室绝缘喷口是控制吹弧气体流动的关键部件,它直接影响断路器的开断性能.开断过程中,灭弧室中的气体是非定常、可压缩、非线性、跨音速具有复杂的变边界的流动,并伴随有激波和湍流的产生.本申报课题突破气体动力学和流体力学中激波和湍流会引起机械运行速度的不稳定性从而在某些航天器和流体机械设计中尽量减小激波和湍流影响的概念,充分利用激波和湍流对介质强度恢复速度的有利影响因素,建立包括电场、非定常、可压缩N-S方程及考虑激波与湍流影响的喷口优化的数学模型,并以介质恢复强度的最小值达到最大为目标函数,在四种结构下对喷口进行优化设计.为解决优化过程中大规模流场计算的巨大耗时问题,采用将总变差减小计算格式与多重网格法相结合以及并行算法和向量计算，可使计算速度提高几个数量级.本项目的完成将对我国开发特高压电力装备,减小开关设备的体积以及提高SF6高压断路器独立设计水平,具有重要的理论与实际意义

结论摘要：

摘要 SF6高压断路器灭弧室的喷口被称为灭弧室的心脏,国外各大开关公司对喷口的设计理论和技术都视为核心机密,对外严格保密。本课题的研究是为创建我国具有独立知识产权的喷口设计理论与方法的背景下，开展研究的。课题的研究,创新性地提出充分利用激波和湍流对超音速流的控制作用, 以提高介质强度的恢复速度的喷口设计理论和设计思想。 以此思想为指导首次建立了对介质恢复特性进行数值模拟的机构动力学、气体动力学、电磁学的耦合数学模型及耦合数值计算方法；首次研究了不同的喷口型面结构对激波形成的作用及激波对介质强度恢复速度的影响，在此基础上,建立了以神经网络与遗传算法相结合作为优化策略的两段式喷口结构的优化设计理论和优化设计方法。在优化后的喷口下,所得到的介质恢复特性完全满足对开断特性的要求；首次研究了喷口内湍流形成的机理以及不同喷口结构对湍流的发生、发展的影响，在此基础上,建立了改进的POWELL算法作为优化策略,成功地对多极"放-收"喷口结构进行了优化设计。优化后的喷口结构经与国外同类产品相比,十分吻合；研究并开发出具有较高激波撲捉能力的对气流场进行数值模拟的计算软件。