N2负流柱放电过程仿真（英文）

采用粒子连续性方程耦合泊松方程构建氮气放电流体模型,使用有限元法对该模型求解,获得窄间隙（5 mm）氮气放电过程粒子动力学特性。由仿真结果可知：在均匀电场中,流柱头部粒子密度随放电过程的发展不断增大;流柱头部电子密度及电场强度随初始电子密度的增加而逐渐增大;初始电荷分布直径大小直接影响流柱的发展速度;另外,对于负流柱放电,粒子密度梯度及电场分布随外电场增大而增大。     

氩气直流放电过程电子行为的粒子模拟

气体放电初始过程是一不平衡的物理过程,为了验证空间电荷对气体放电的影响,建立一种粒子模拟（PIC）与蒙特卡洛（MCC）方法相结合、用来模拟放电初始阶段电子行为的微观模型.分析了气压为67Pa、极间距离为64mm、气体温度为300K、极间电压为直流500V时的气体放电过程.通过计算机跟踪大量电子运动得到宏观参数.通过仿真很好地解释在气体击穿初期,低能量电子被电极吸收及在电场加速作用下电子能量倍增产生激烈碰撞电离的过程.     

微空心阴极放电的计算机模拟

给出了圆筒形微空心阴极氦气放电的三维、时域、自恰流体方程组(粒子连续性方程、电子能量平衡方程和泊松方程)及其稳态的差分方程组和合理的边界条件，并利用计算机模拟计算，得出了放电稳态时形成的粒子密度、电子平均能量、电位等值线和电场分布图。结果表明在放电过程中存在明显的阴极位降区和负辉区，空心阴极效应明显，存在高能电子以及放电空间中以径向电场为主。并对计算结果进行讨论，为微空心阴极放电器件提供了理论依据。     

计及弧垂的特高压交流输电线电晕对空间电场的影响

为研究特高压输电线弧垂及电晕放电对输电线下工频电场大小和分布的影响,同时考虑到实际输电线的弧垂已成为影响输电线下方电场的重要因素,利用粒子群算法计算起晕电压,基于模拟电荷法建立考虑电晕放电的三维电场计算模型。通过分析计算输电线路导线的等效电荷和输电线发生电晕放电时的等效空间电荷求得输电线下方的电场。对1 000 kV的输电线电场计算结果表明:交流输电线周期性的电晕放电会增大输电线下方的电场强度,随着距线路中心距离的增大,电晕放电的影响程度越小。三维模型反映输电线下方电场随距线路中心距离的变化情况,准确地分析输电线下方的电场分布,对特高压的电场研究具有一定的参考意义。     

电极覆盖窄空气隙放电过程分析

为深入理解电极介质覆盖窄空气隙放电过程的动力学行为,探索不同外施电场条件下带电粒子行为、覆盖介质特性及间隙尺度对气隙放电的影响,建立了一维自洽流体力学的气体放电模型并进行数学分析,获得了大气压下电极介质覆盖窄空气间隙电场、粒子行为和介质表面电荷积聚过程的时空分布,以及与外施电场之间的对应关系.结果显示,外施电压的幅值、频率的变化对放电电流的幅值以及半个周期内的放电脉冲个数都会产生影响.另外,介质层厚度及介电常数的变化对放电电流的幅值及脉冲个数也会产生影响,但影响不大.     

三电极开关系统自击穿特性微观分析

针对三电极开关系统基于粒子扩散、碰撞、电离、激发等过程,建立等离子体流体—化学模型,采用有限元法,模拟真空条件下三电极开关自击穿微观过程,并与其在SF_6介质中微观过程进行对比分析。仿真分析了开关从放电初始到等离子体通道形成的物理过程。结果表明,与SF_6介质相比,开关在真空条件下等离子体通道电子密度数较多、电子温度较低;开关等离子体通道电子密度和电子温度随间距增加而增加。     

射频和千赫兹驱动的毫米间隙放电的仿真研究

大气压短间隙放电是是产生冷等离子体的一种有效手段,常见的交流驱动电源方式有射频电源和kHz交流电源,而这两种不同频率电源所导致的气隙放电特性对比尚鲜有研究。本文以1 mm间隙的针-板电极这一极不均匀电场结构作为放电气隙,将之等效为球坐标系下的一维结构,建立基于迁移-扩散近似下的多组分、局部能量近似的经典等离子体流体模型,仿真研究了13.56 MHz射频（RF）电源或50 kHz交流（LF）电源所驱动的1 mm氦气（混合0.1%氮气）间隙的放电过程,关注了在1 mW和1 W这两种不同的沉积能量下的放电特性。结果表明：RF放电在1 mW时表现为电晕放电模式,此时间隙中的带电粒子密度低,且主要集中在功率电极附近;当沉积功率升高至1 W时,间隙放电则呈现出明显的辉光放电特征,电极附近出现鞘层,且气隙中间存在准电中性的等离子体区域;LF放电的起始电压幅值要高于RF,且LF放电随电压升高会较为平顺地从电晕放电模式过渡到辉光放电模式,而不存在明显的转换过程。对两种频率的放电而言,电晕放电模式下,潘宁电离是主要的电离路径;而辉光放电模式下,直接的电子碰撞电离成为主导的电离通道。此外,在相同的沉积功率下,LF放电的最大电子密度、电子温度和正离子温度都要要高于RF放电,但时间均匀性较差,呈现出明显的脉冲放电特性。     

喷嘴-筒式脉冲空气放电中自由基的发射光谱研究

采取发射光谱法测量在大气压下含不饱和水蒸气空气中脉冲放电产生的OH自由基,通过对发射光谱相对变化的分析可得:OH自由基的相对生成量随喷嘴电极直径的变大而减少,随湿度的变大而先增大后减少再增大;OH自由基在放电电场中的分布呈从喷嘴电极中心向左、右和下方逐渐减少的趋势,而向上先增大后减小.     

水分对复合电场下油纸绝缘局部放电特性的影响

为研究水分对复合电场下油纸绝缘局部放电特性的影响,文章进行了不同含水率下的油纸绝缘结构典型电场下局放特性试验,得到了不同含水率下,油纸绝缘在针-板电极和平板电极中的复合电场局放特性。结果显示,直流分量对局放起始电压及局放量影响较大。不同含水率下局放量均随电压的升高而增大。极不均匀电场下,高含水率下的局放量始终大于或等于低含水率时;均匀电场下,高低含水率下的局放曲线随电压升高出现交叉。经分析得出结论,水分使变压器油电导率增大,易于油水界面空间电荷消散,导致放电量增加。液体介质中的局部放电除经典的介质中气泡缺陷模型外,还可能存在多水滴融合缺陷模型。该缺陷是导致平板电极下高低含水率的油纸绝缘放电曲线出现交叉的主要原因。     

射频放电等离子体激励对激波/边界层干扰的控制效果

在空气静止、气压为12 kPa（对应超声速风洞试验段的气压）条件下,研究射频放电等离子体的光谱特性;在马赫数为2的超声速来流中,研究射频放电等离子体激励对激波/边界层干扰非定常性的控制效果. 实验结果表明：在相同的激励频率下,随着加载功率的增大,表征电子温度的相对光谱强度增大,而表征振动温度和电子密度的相对光谱强度基本保持不变;保持加载功率不变,随着激励频率的增大,表征电子温度的相对光谱强度先增大后减小,而表征振动温度和电子密度的相对光谱强度没有明显变化. 在未施加激励时,激波振荡的主导频率为低频;在施加射频放电等离子体激励后,激波低频振荡减弱,高频振荡增强,激波特征频率从低频转向高频,再附边界层出现高能量漩涡结构.     

无碰撞磁场重联中的电子密度降低

采用二维全粒子模拟方法研究了无碰撞磁场重联.研究结果显示:沿着分离线出现了电子密度降低,而电子的高速入流正好位于电子密度降低所在的位置.在扩散区出现了平行于磁场的电场E∥,通过跟踪在某一时刻位于电子密度降低处的一个电子随后的运动轨迹和速度变化,证明这些电场将会加速和加热电子使其快速流向X线,从而产生电子密度降低.     

氧气含量对氦氧等离子体射流特性影响

大气低温等离子体射流具有成本小、温度低等特点,获得了广泛的工业应用。采用高压高频交流电源,通过PC控制系统调节氦气和氧气的比例,建立了等离子体射流试验系统。利用高速相机获得了放电图像,测量了射流发光长度和放电起始电压,系统分析了氧气含量对氦氧等离子体射流特性的影响。研究结果表明,氧气会抑制放电过程的发展,进而对等离子体射流的特性造成影响,使得等离子体射流的发光强度和长度大大降低;放电起始电压增大,放电频率增大,放电电流尖峰数值增大,而放电功率则没有太大变化;He和N的光谱强度随氧气含量增大而减小,O的光谱强度呈现先增大后减小的趋势。     

锂离子电池放电过程热特性实验研究

以18650锂离子电池为研究对象,利用简化的Bernardi生热模型和混合功率脉冲特性(HPPC)测试,进行相关的热特性实验,对锂离子电池在放电过程中的温升、生热量和直流内阻等特性进行研究.结果表明:电池在放电过程中的温升和生热量与放电倍率呈二次关系;电池在放电过程中的生热量以不可逆热为主,可逆熵变热所占比例小于5.4％,放电倍率越大,不可逆热所占比例越大;电池的内阻在较低的温度和荷电状态(SOC)下变化明显,随着温度的降低,电池的直流内阻不断增大,放电初期,电池的内阻基本保持不变,当电池的SOC降低到40％以下时,电池的内阻逐渐增大.研究结果可以为电池模组及电池包瞬态热模型的建立和分析提供依据.     

不同放电深度下LaNi3.8Co0.6Mn0.3Al0.3合金的电化学行为研究

为了分析储氢合金放电过程中的电化学反应与动力学变化规律,采用电化学交流阻抗分析方法研究 La-Ni3.8Co0.6Mn0.3Al0.3合金电极在不同放电深度下的电化学行为.结果表明:随着放电深度的增加,电极表面活性氢覆盖面积S 及内部金属颗粒间接触电阻Rpp逐渐降低,即电极的导电性增加;此外,交换电流密度Io也随放电深度增加而增大,意味着电极表面反应速率加快,同时氢扩散系数 DH 明显降低;合金电极动力学在放电前期主要由电极表面反应速率控制,后期由电极中氢原子在合金颗粒内部的氢扩散系数控制.     

温度影响下的充填料浆大流量管输流态演化

推导了综合雷诺数与料浆温度的数学模型,建立了料浆管道输送L管模型,基于数值模拟研究不同温度、管径及初始流速下的料浆输送阻力损失变化特征.结果表明:随料浆温度升高,综合雷诺数增加,经判断本试验料浆流态均为结构流;利用环管试验数据进行验证,料浆流动模型所测误差为4.9%及5.3%,说明该模型具有合理性与可靠性;随料浆温度升高,料浆输送阻力损失减小;随管径增大,料浆阻力损失降低,变化趋势逐渐减缓,平均减小率分别为24.5%和10.9%,阻力损失"拐点"管径为190 mm;随初始流速增加,料浆输送阻力损失增大,增加趋势随流速增大而变大,平均增长率分别是10.7%和17.7%,存在阻力损失"转折点"流速为2.4 m/s;建议矿山充填管道输送参数选取管径190 mm,初始流速2.4 m/s,温度保持在30～50℃.     

水下两相冲压喷射发动机性能的数值模拟研究

为了对水下两相冲压喷射发动机的性能进行理论研究,分别对扩张段、混合腔及喷管进行分析并建立了物理模型.基于双流体模型,采用变步长的Runge-Kutta法进行了喷管内泡状流计算.综合各部分计算结果求得发动机推力与推进效率.重点研究了混合腔与入口面积比(Am/Ai)、发动机入口面积(Ai)、通气量、航行速度及初始气泡半径对发动机推力及效率的影响.计算结果表明:发动机推力和效率均随着面积比Am/Ai的增大而增大;当Am/Ai保持不变时,推力和效率随入口面积Ai的增大而增大;推力随着通气量、航行速度的增大而增大,效率却随其增大而减小;气泡初始半径增大时,发动机推力及效率同时减小.这将为两相冲压喷射发动机设计提供一定依据.     

基于电晕的线管式DPF捕集效率数值模拟研究

基于电晕放电理论与柴油车尾气微粒自身特殊性质,设计基于电晕放电的线管式柴油车微粒捕集器(DPF,Diesel Particulate Filter).首先建立线管式DPF捕集效率数值计算模型;然后分别对不同结构及不同尾气温度条件下的捕集效率进行数值模拟分析.分析结果表明,该DPF的捕集效率随管道个数增加而增强,随尾气温度的升高而增强,随PM粒径的增大而增强.该DPF可有效捕集柴油汽车尾气中的碳烟粒子(PM),满足流通式颗粒捕集器的技术要求,对保护环境有重要意义.     

粉体同轴柱形电极放电性能分析

探索了带电粉体在同轴柱形电极结构下的电晕放电机理,建立了粉体带电粒子的流体模型.理论分析了粉体电晕放电过程中的带电粉体粒子浓度变化规律、电晕电流密度与粉体粒子浓度的函数关系,理论分析结果与实验相吻合.     

同轴线管介质阻挡放电的数值模拟

为了研究同轴线管介质阻挡放电的特性,以一维流体力学模型为基础,利用三对角矩阵追赶法的Fortran编程,分别对一维电子、离子连续性方程、动量方程和电流连续性方程进行数值求解;不但得出放电电流和气体电压随时间的演化规律,还得到了电子、离子、亚稳态原子密度以及电场在放电空间的时空分布;并分析讨论所加电压频率、幅值以及介质材料等参数对同轴线管介质阻挡放电的影响．     

SO_2在放电电场中的电迁移特性研究

研究了SO2在放电电场中形成负离子的机制和电迁移特性和规律.试验证明SO2在放电电场中具有电迁移的能力,其迁移能力随电场强度的增加、放电区长度的增加而增加;放电电场之后的辅助匀强电场有助于改善SO2的电迁移效果;由电迁移产生的脱硫效率增量可达40%.