近年来,伴随着新能源领域的快速发展,电动汽车、航天、光伏发电等行业对直流配电系统的需求越来越多。直流开关作为分断电路的关键器件,在得到广泛应用的同时也对其可靠性和电寿命提出了更高的要求。其中直流接触器的触头系统作为最为关键部件之一,在分断电路时两触头间产生的高温电弧将对触头材料进行电侵蚀,严重影响开关电器的性能。因此,探究直流电弧特性与电弧作用下触头的侵蚀情况对于提高直流开关电器的性能和使用寿命具有重要的现实意义。首先,本文基于能量守恒原理,结合流体动力学方程、电磁场方程,建立了电弧和触头熔池的仿真模型,探究了气体介质对电弧和触头侵蚀造成的差异,通过带入不同气体介质的热物性参数,仿真求解了在常见的He、H₂、N₂、空气4种不同气体介质下触头间的电弧特性和触头侵蚀情况,仿真研究结果表明:在电弧稳定燃烧时,各介质下电弧的特性不同,其中电弧最高温度大小为:He>H₂>N₂>空气;在相同的燃弧时间内,不同气体介质下的电弧对触头的侵蚀情况具有明显差异。其次,基于传统的传热模型和材料相变的处理方式,考虑触头材料属性随温度的变化,探究了电弧对触头的侵蚀情况和影响因素,以空气介质下的电弧为研究对象,利用COMSOL有限元软件仿真求解得到了铜触头内部的温度分布、熔池的形成过程和触头熔池内部的流动情况,并通过控制变量的方法对电弧电流、触头开距和触头材料对触头电侵蚀的影响规律进行了分析。仿真研究结果表明:在电弧的作用下,触头表面温度迅速升高并发生熔化形成熔池,熔池边界呈圆弧形不断扩大,熔池内部液体由于Marangoni效应发生流动;另外电弧电流、触头开距、触头材料等物理因素的变化也会对触头的侵蚀情况造成不同程度的影响。最后,讨论了电弧对触头的蒸发和喷溅两种侵蚀机理,基于改进的概率统计喷溅计算方法并结合仿真模型所得到的数据对Ag、Cu、W、Cr触头材料的侵蚀量进行了计算。本文在仿真中所得到的计算结果与已发表的相关文献中的结论进行了对照参考,验证了仿真计算模型的可行性,可为提高直流接触器的性能研究提供一定的参考。