高压负电晕放电雾化实验分析

为了提高微细粉尘的凝并效率,寻求雾化电晕放电的最佳雾化状态,对雾化电晕放电进行了实验研究。通过空腔式雾化电极在负高压电晕放电下的状态分析,研究影响雾化过程的各种因素,并对干式电极放电和空腔式雾化电极放电特性的差别进行探究。结果表明:在该实验条件下,液体的喷射在40kV电压前后因其雾化机理不同而表现出稳定射流和离散液滴喷射的不同雾化形式,且不受溶液体积配比及雾化电极直径的影响;在相同的电压下,雾化电极的电晕电流高于干式电极的放电电流。证明了雾化电晕放电应用于静电除尘领域的可行性,同时为进一步研究雾化电晕放电提供了参考。     

空气负电晕Trichel脉冲特性的实验研究

为得到Trichel脉冲放电的特征,采用针-板电极结构对空气中负电晕放电的特性进行了实验研究。利用示波器测试了放电电压、电流波形和脉冲频率,利用微安表测试了平均放电电流,并通过放电结构上并联电容的方法研究了外接电容对放电的影响。结果表明,空气负电晕Trichel脉冲非常稳定、规则;其脉冲频率随平均电流线性增大,针尖曲率影响频率上升的斜率,但电极间距、气压、并联电容对频率影响较小;不同放电条件下的Trichel脉冲波形基本相同,其上升沿几乎不随电流、间距、气压、针尖曲率和并联电容变化,但脉冲幅值随平均电流略有下降,同时与间距、气压、针尖曲率和并联电容等条件有关;Trichel脉冲是电晕区的特征放电,在给定电极条件下,其形成过程与平均电流(电压)、气压和外电路并联电容等无关。     

针-板与棒-板电极结构在不同温度下的负电晕放电特性

电晕放电在实际工况下的放电特性与周围环境条件关系密切。为得到不同电极结构下负直流电晕脉冲特性随环境温度的变化机理与规律,建立了考虑环境温度影响的流体动力学模型,分别对针–板结构与棒–板结构的负电晕放电模型进行仿真计算。特里切尔脉冲序列、电场强度、电子数密度、脉冲峰值、脉冲持续时间和脉冲频率等物理量随环境温度的变化规律被系统地研究。通过计算分析发现棒–板结构模型的起晕电压较低,电晕脉冲的持续时间更长。随着环境温度的升高,不同结构负电晕放电形成的脉冲峰值、脉冲持续时间和脉冲频率均会随之变大,且放电空间内电场强度会更强、带电粒子的运动也会更加迅速。此外,针电极与棒电极尖端的曲率半径也会对放电产生影响,负电晕放电在曲率半径较小时更加剧烈。     

极不均匀电场中负直流电晕放电紫外特性

为了对极不均匀电场中负直流电晕放电强弱进行评估,必须对电晕放电产生的紫外光子计数进行定量分析。通过棒-板电极中负直流电晕放电进行了Trichel脉冲频率、电晕电流及紫外光子计数的测量,得到了试验电压、Trichel脉冲频率、电晕离子电流与紫外光子计数之间的相互关系。试验结果表明,在距离放电点相同距离、相同增益时,Trichel脉冲频率与试验电压近似呈线性关系,且在不同棒-板距离时,试验电压对脉冲频率的影响梯度基本相同,在3.6~4.2之间;紫外光子计数与试验电压及Trichel脉冲频率均近似呈2次方关系,而且紫外光子计数与频率在一定电极距离范围内存在固定函数关系。这一结论为紫外仪在电晕缺陷检测方面奠定了基础。     

空气针尖负电晕放电的特征辐射谱

为得到针尖负电晕放电的辐射特征,采用针-环结构对不同空气条件下负电晕放电的辐射谱进行了实验测试。结果表明,在给定电极件下,空气负电晕放电具有一定的特征辐射谱,频率〈100MHz。这种特征辐射谱的位置不随放电电压（电流）和气体等条件变化;特征辐射强度与放电电压无关,但与空气的气压和气流有关。空气负电晕放电的特征辐射与Trichel脉冲的形成过程相关,电流脉冲的上升沿决定特征频谱的位置和幅度。     

纳秒脉冲表面滑闪放电的电气和光学特性

为了研究纳秒脉冲表面滑闪放电特性,本文采用一种新型三电极结构的激励器,通过纳秒脉冲叠加负直流的混合激励模式产生表面滑闪放电。实验研究了电压脉冲分量、电压直流分量及两者的差值对纳秒脉冲表面滑闪放电特性的影响。实验结果表明,当脉冲电压幅值固定时,直流电压幅值的改变对脉冲侧电流的影响较小,但对直流源侧电流却影响显著,直流源侧电流随直流电压幅值的增加而增加,发生表面滑闪放电后峰值和速度均增加。直流电压幅值越大,直流源侧电流出现时刻越早。当直流电压幅值固定时,脉冲侧电流和直流源侧电流均随着脉冲电压幅值的增加而增加。实验中存在一个电压阈值(脉冲分量和直流分量电压差值)使纳秒脉冲表面滑闪放电发生,该阈值为22k V。此时发生表面滑闪放电,瞬时功率峰值、单脉冲能量峰值和稳态能量均迅速增加。脉冲直流电压差值相同时,脉冲分量主导脉冲侧电流的大小,直流分量主导直流源侧电流的大小,脉冲分量所占比例的大小对功率和能量损耗的影响较大。此外,利用数码相机拍摄放电图像研究了纳秒脉冲表面滑闪放电的光学特性,放电图像表明,在电极间施加合理的脉冲电压和负直流电压均可产生表面滑闪放电,实现等离子体的拉伸效果,在阻挡介质表面获得大面积的等离子体。     

多针电极结构双极电晕放电伏安特性

为提高电晕放电的能量密度和放电稳定性,提出了针阵列电极结构的双极电晕放电方式并研究了多针电极结构双极电晕放电的伏安特性。实验得出放电电流I随针尖半径a和电极间距d的增大而减小,随相邻针尖间距s的增大而增大,但当s≥40 mm时,相邻针尖的相互作用已很小,I几乎不变;d对火花击穿电压的影响较大,a对其的影响较小。由于电极结构的对称性,高压电极的极性对放电无明显的影响,正负电晕放电的伏安曲线和火花击穿电压均较为接近。将多针电极双极电晕放电电流I等效成电极间距为d/2的多针对板正、负电晕放电电流I1和I2相加,分析了I>I1+I2的原因,并推知其电离区内电子密度也有相应规律。     

不同气体介质下极不对称DBD放电模式转化研究

在大气压条件下,气隙距离为12 mm时,针—板DBD结构在不同的气体介质中会表现出不同的放电模式。当气体介质为氩气、放电电压为4 k V时,放电电压的正半周期表现为丝状放电模式,放电电压的负半周期为类辉光放电模式。当气体介质为氮气、放电电压为12 k V时,放电为电晕放电模式,但电压的正负半周期电晕放电模式也存在区别,在电压的负半周期,电流脉冲更加规则。当放电电压升高到15 k V,放电电压的正、负半周期会出现不同的放电模式,正半周期为丝状放电模式,负半周期呈现类辉光放电模式。在空气条件下,放电电压为12 k V时,存在和氮气条件下相似的电晕放电模式,而当放电电压为15 k V时,在整个周期只表现出丝状放电模式。     

大气压空气中纳秒脉冲弥散放电实验研究

为了能够在大气压下获得大面积高能量密度的低温等离子体,近年来弥散放电的研究与应用受到广泛关注。采用基于磁脉冲压缩系统的重复频率ns脉冲电源来激励大气压空气中尖板电极结构放电,通过电压电流测量和发光图像拍摄研究了弥散放电的特性。实验结果表明,在常温常压和高重复频率下能够获得大面积均匀的弥散放电,气隙距离增大或减小时,弥散放电分别向电晕放电与火花放电转换。重频ns脉冲放电存在极性效应,电极的小曲率半径处施加负脉冲时需要比正脉冲更高的电场强度才能获得弥散放电。此外,弥散放电的强度随着脉冲上升时间的增大而减弱。因此合适的气隙距离、极不均匀电场的强场处施加正极性脉冲和较陡的脉冲上升时间有利于获得较为强烈的弥散放电。     

直流电压下尖板电晕放电及其声特性试验分析

为分析特高压输电线路电晕放电产生可听噪声的机理,开展了直流电压作用下单点电晕放电的试验分析,测量并分析了脉冲放电产生的声压信号及其特征。采用尖-板电极研究了单点直流电晕放电的幅频特性,获得了不同电压(0～35kV)、不同间隙(6～8cm)及不同极性下的放电电流波形及放电图片。研究表明,直流电晕放电由一系列单个的放电脉冲组成,脉冲上升沿与脉宽主要分别集中在10ns、30ns附近;单个放电脉冲的幅值、重复率随直流电压的增加而增加,放电重复性随直流电压的增加而变差,且放电有一定的随机性。根据尖板直流电晕放电的特点,搭建脉冲放电回路来模拟不同条件的电晕放电,以实现电晕放电参数的可控性。利用传声器在消声室测量了单次脉冲放电产生的可听噪声,初步获得了放电电压和声压之间的关联特征:随着放电电压增加,声压线性增加。     

介质阻挡放电和介质阻挡电晕放电的特性比较

研究了平板-平板电极和线-管电极两种电极结构的放电特性,通过测量电压-电流波形图及放电发光图比较了它们的区别,并从放电机理角度对试验结果做出了解释。结果表明,平板-平板电极介质阻挡放电表现为微放电脉冲形式,而线-管电极结构介质阻挡电晕放电由于线电极的电晕效应,使得放电更为稳定。     

不同参数条件下水中脉冲放电的电学特性研究

在不同的电压和电导率参数条件下分类实验研究了水中脉冲放电的两种方式 (电弧放电和电晕放电 ) ,采集并分析了实验中的电压和电流数据。然后简要讨论了两种放电方式的产生机理 (与电弧方式的热过程机理相比 ,电晕方式的初始机理还很不清楚 )。最后从实验现象、产生机理和应用前景等方面对比分析了两种放电方式。实验发现在大的溶液电导率下水中电晕放电方式的声学效应明显 ,为水下等离子体声源的设计提供了新的思路。     

极不均匀场中正直流电晕放电紫外特性的研究

高压输电线路缺陷故障早期往往伴随着电晕放电,应用紫外成像仪检测线路缺陷中的电晕放电现象越来越广泛,为了对放电强弱进行评估,需对紫外光子计数进行定量分析。笔者通过棒—板电极中正直流电晕放电进行了电晕电流单位时间脉冲个数、电晕电流及紫外光子计数的测量。实验结果表明,正直流电晕放电存在3个阶段,在距离放电点相同距离、相同增益时:第1个阶段中电晕电流单位时间脉冲个数与试验电压近似呈线性关系,紫外光子计数与试验电压及电晕电流单位时间脉冲个数均近似呈二次关系;第2个阶段衰减较快,没有统一规律;第3个阶段中紫外光子计数与试验电压呈指数关系(N=a×ebx),其中a的取值随着棒—板距离的增加而减小,与电极结构及电晕起始电压有关,b的取值在两种电极结构中均在0.2~0.3之间。     

大气压空气中管-板电极结构重复频率纳秒脉冲的放电特性

由于重复频率窄脉冲气体放电具有的高过电压倍数,能够稳定地激励大气压空气等离子体,近年来受到了广泛关注。为此,利用上升沿15ns、半高宽30～40ns的负极性ns脉冲激励大气压管-板电极结构空气放电,通过电压电流测量,放电图像拍摄和X射线探测研究了ns脉冲气体放电模式和X射线辐射特性。结果表明,ns脉冲放电存在电晕、弥散...     

邻近直流导线时交流电晕电流脉冲特性试验

本文搭建交直流并行线路电晕放电试验平台,研究邻近直流电压时交流单点电晕放电下的电晕电流脉冲特性。并对交流电晕电流脉冲的分布模式、重复频率以及波形等特征参数进行统计分析。试验结果表明,邻近的正极性直流电压会促进交流负半周电晕放电而抑制交流正半周电晕放电,邻近的负极性直流电压作用正好相反。直流电压对交流负半周电晕电流脉冲波形参数无明显影响,而正半周电晕电流脉冲的幅值会随负极性直流电压的增加有所升高。同时发现,随着交流电压幅值的升高,促使其正半周发生电晕放电所需要的负极性直流电压幅值也相应地升高,并基于电晕放电的发展过程中电离强度的计算提出种子电子的缺失是造成该现象的原因。最后,在电晕放电离子云模型基础上,提出脉冲序列发展的过程中电离区域电场强度恒定不变的假设,从而对邻近直流电压影响下的交流电晕电流脉冲波形参数特性给出了合理的解释。     

新型双极电晕放电器的放电特性

为了得到放电参数更好的电晕放电器,解决传统电晕放电器在施加单极性高压电源时只在高压电极上放电,而接地极上并不放电的情况,采用了一种新型针—针式结构的双极电晕放电器,在施加单极性高压电源时,放电器内能同时在高压电极和接地电极产生正、负两种不同极性的电晕放电。实验研究直流高压与脉冲高压下新型双极电晕放电器的伏安特性、放电现象和离子风时,在平均场强约3.4kV/cm条件下采用粒子图像测速仪(PIV)测得电场内正、负离子风的核心区风速约2m/s。与针—板式电晕放电器相比,新型双极电晕放电器的工作电压降低,而输出功率和电流密度明显提高。     

Trichel脉冲放电中的模式转变实验研究

Trichel脉冲为一种典型的负电晕放电电流形式。为了进一步研究Trichel脉冲放电特征,针对于其放电随机性强、不利于对脉冲单体进行研究这一点,在空气中室温开放环境下,利用针-板电极结构对负电晕放电特性进行了研究,采用统计学方法对其参数—脉冲上升沿时间、半波下降时间、脉冲幅值、脉冲频率—进行概率分布分析。结果表明,在放电过程中,随着电压的上升,Trichel脉冲放电存在着模式转变的过程,模式转变发生为一个连续过程;在该实验条件下,模式转变过程始于电压值为-6.5 k V,止于电压值为8 k V时;在模式转变过程中,脉冲上升沿时间与半波下降时间几乎不变,脉冲幅值改变。脉冲幅值出现大幅度跳变为判断模式转变的一个主要依据。     

高压脉冲负电晕荷电喷雾试验研究

为减少化学农药带来的污染,采用了荷电喷雾新技术。首先对负高压脉冲电晕荷电机理进行了理论分析,再用网状目标法通过调节电压、极距、电极直径、电极数目等参数进行电晕荷电试验,比较各因素对电晕放电伏-安特性影响及荷电后雾化效果;测量不同电压下雾滴的索太尔直径;并用高速摄影拍摄雾滴带电射流破碎时的状态,得到射流破碎时的雾滴形状。理论分析和试验结果表明,电压越高,雾滴谱较窄,雾滴粒径变细,均匀度越高;揭示了不同影响因素下的雾滴荷电特性,为负高压脉冲电晕荷电喷雾技术的应用和设计提供了理论基础和试验数据。     

直流激励均匀氩气等离子体羽的脉冲特性

为研究大气压氩气等离子体羽的脉冲放电特性及其放电机理,以氩气为工作气体,在大气压空气环境中,利用直流激励的等离子体喷枪产生了圆锥形均匀的等离子体羽。等离子体羽长度随气流的增大而增大,但几乎不随两电极间维持电压的变化而变化。通过对两电极间维持电压、放电电流、放电发光信号的时间演化图分析,发现尽管维持电压是恒定的,放电电流和放电发光表现为周期性的脉冲。放电脉冲频率随维持电压的增大而增大,且随两电极间距离的增大而减小。对不同位置的发光信号时间演化进行研究,表明这种脉冲等离子体羽与常见的持续模式和子弹模式不同,其放电在不同的空间位置几乎是同时产生的,但是放电的熄灭却沿远离喷嘴的方向依次推迟。     

交流电压下变压器油中流注发展时空演化的光-电信号特征研究

流注放电多具有电离程度高、发展速度快及树状分叉等典型特征,是介质击穿前发生的各类放电起始、发展现象的统称。研究变压器油中流注现象对于加深液体介质放电机理的认识以及提升油纸绝缘性能具有重要意义。本文通过搭建流注光-电特性检测平台,获取了交流电压下针板电极结构中流注放电的光-电脉冲电流序列和光学图像。结果表明,负流注主要包括单个脉冲、幅值递增序列、幅值递减序列及幅值先增后减序列四种典型序列模式。负流注通道形状为球状,但较难向前发展,导致击穿电压较高;正流注电流脉冲序列为正脉冲簇形式,通道形状为细丝状且发展过程中伴随着随机分叉现象。结合流注发展电流序列和空间发展图像,对正、负流注起始与时空演化机理进行阐述,根据电容模型和流注通道压力平衡方程计算了正、负流注发展时的半径、速度特征参量,得到负流注通道半径约为80?m,正流注直径为60～80?m,平均速度约为3km/s,计算结果与实验现象相符。