高压SF₆断路器作为高压开关的主导产品,在高压、超高压以及特高压输电系统中起着重要的控制和保护作用,在开断过程中,高压SF₆断路器灭弧室内断口间会产生电弧,电弧与气流作用影响开关的开断性能和介质恢复能力,因此高压SF₆断路器的现代设计研究中,喷口结构及电弧模型的准确建立是高压开关电器研究的重点问题。灭弧室内喷口结构控制气流流动、实现有效吹弧的关键结构部件,目前,在众多有关喷口结构的研究中,喷口喉部、下游型面作为重点研究对象,以达到对气体的有效控制。本文提出新型轴流式涡流喷口结构,使气体在开断过程中动能径向交换,形成沿径向温度梯度,实现高压气流的能量分离效应。采用有限体积法,建立描述灭弧室内部气流运动特性的三维气流场物理数学模型,对含有高速旋气结构的高压断路器气流场进行数值求解。研究容性小电流开断下,喷口上游构造的“X”型导流片对灭弧室内气流参数的影响。基于流注理论,对有无导流片结构的断路器介质恢复特性进行数值计算与定量分析,导流片结构改变气流流动形式,近壁面气体流速下降,气体呈大旋转曲率强旋流动,具有组合涡运动特性。同时,建立三维阻链电弧模型,形成电场、磁场、气流场及辐射场之间相互耦合作用以及SF₆物性参数随灭弧室内温度和压力的变化。提出Realizable k-e湍流方程及壁面函数相结合的策略,采用结合结构与非结构网格特点的分域剖分方法,通过C++语言自编程和自定义宏函数对基于有限体积法的计算流体力学（CFD）商用软件进行二次开发,分析导流片结构喷口灭弧室内部气流对电弧的影响。由于构造导流片结构,需对灭弧室进行三维电场分布计算,根据DL/T593-2006电力行业标准进行不同试验电压等级的加载,得到能量分离喷口的三维电场分布。对比有无导流片结构喷口对灭弧室内部最大电场强度的影响。针对旋气喷口的具体结构特征,对导流片喷口结构和旋气结构喷口内外壁沿线电场强度进行了分析对比。以相似理论为基础,结合CFD计算和能量分离效应试验来进行研究。釆用相似理论方程分析法推导出断路器气动相似准则和相似函数关系式。建立比例模型气动性能三维模型,进行空载气流场数值模拟,验证理模和实模的相似性。基于能量分离效应,搭建实验平台,测量涡旋气流由于能量分离效应产生的温度重分部。断路器电场场域中存在多重非线性介电材料,同时具有高度的时空不均匀性,灭弧室内结构微小改变会引起电场分部的极大变化。为分析电场的内在特性,提出基于可视性原理的场域可视性建网方法,挖掘电场包含的重要信息。通过对平板电极均匀电场、高压SF₆断路器稍不均匀电场进行复杂网络模型构建,引入复杂网络理论对电场场域分布进行研究,发现平板电极均匀电场网络呈现出规则网络特点,不同开距下的SF₆断路器灭弧室内稍不均匀电场网络均具有无标度及小世界特性,属于复杂网络特征。场域可视性方法建立网络继承了电场的部分特性,通过引入复杂网络理论,可以从一个新的视角来研究电场分布。