微间距气压对场致发射影响的分析与计算

为研究微米间隙中气体的击穿特性,在3～100μm间隙距离中进行1～100 kPa可变气压的放电试验。试验发现10μm以下间距击穿电压曲线偏离巴申曲线,固定间距只改变压强时,击穿电压随气压的变化与较长间隙不同,3～5μm间距的击穿电压会随气压升高而降低。通过求解阴极附近离子数密度公式,发现微间距条件下阴极附近有较高的离子数密度,离子数密度会随气压的升高而增加,随间距增大而减小。离子数密度越高,在阴极表面附近形成离子附加电场就越强,与外电场耦合后促进场致发射,击穿会更易发生。计算了离子增强场效应系数γ’,并将其与Townsend二次发射系数γ对比,发现离子增强场效应对5μm以下的间隙放电影响最强烈,随间距的增加其影响逐渐减弱,10μm后击穿过程可用Townsend理论来解释。     

基于紫外成像法的气压对棒-板间隙交流放电影响的实验研究

为研究气压对极不均匀电场中空气间隙放电的影响特性,论文在气压可调的金属罐内以棒-板间隙模型为研究对象,采用紫外成像法研究了不同棒-板间隙距离、气压和电压下该模型从起晕到击穿整个过程的放电特性。研究表明:在气压不高于标准大气压下,棒-板间距为10cm、15cm和20cm的起晕电压和棒-板间距为15cm和20cm的击穿电压与气压近似呈正比线性关系,而间距为10cm和4.6cm间隙的击穿电压随气压的增大呈现非线性特性。同一棒-板间距下,放电电离发光区域随气压的增大而减小,近似满足幂函数的关系,其指数在[-3.8,-2.7]范围内。本文最后还对比分析了云南(高海拔)和保定(平原)地区棒-板间隙的放电,实测结果与实验结果一致。     

电极结构对离子风速度与分布影响的仿真研究

为研究电极结构对电晕放电产生的离子风速度与分布的影响，基于COMSOL软件构建了针—网、针—板、针—环—网和针—环—板等电极结构下电晕放电产生离子风的仿真模型。模拟结果显示：当电压、电极间距、高压电极针曲率等参数相同时，针—板结构比针—网结构下离子风分布更集中，当在高压电极和地电极之间放置相同的环状屏蔽地电极时，针—环—板结构与针—环—网结构下离子风分布相似；对比针—板与针—网结构，其对称轴线上离子风轴向速度最大值分别约为2 m/s和1 m/s,地电极表面离子风径向速度最大值分别约为1.5 m/s和0.7 m/s;增加环形电极后，两种结构对称轴线上离子风轴向速度最大值比之前分别增加约2.5和4倍，地电极表面离子风径向速度最大值比之前分别增加约1.8和4倍。     

基于Boltzmann方程的不同海拔条件下大气绝缘性能研究

随着海拔的升高,大气压强及空气密度的不断降低会对以空气为绝缘介质的电气外绝缘性能产生影响,从电子与气体分子碰撞反应的微观角度研究不同海拔环境下空气放电的物理本质,从Boltzmann方程的求解出发,采用两项近似理论算得空气放电中电子能量分布函数(EEDF),在此基础上得到电子的约化迁移率、约化扩散系数等输运参数及约化电离系数和约化吸附系数,通过约化有效电离系数为0时对应的电场强度,得到空气中电晕放电的临界起晕电场。结果表明,计算得到的临界起晕电场与已有试验结果吻合度很高,误差不超过3%。     

高压输电线路用复合绝缘子内部间隙电场分析

复合绝缘子芯棒与绝缘护套之间出现空气或液体间隙时,间隙周围电场会发生畸变,高场强区域将会出现局部放电,造成复合绝缘子的耐老化性能、机械性能降低。为了精确评估间隙存在对电场分布的影响,以FXBW4-110/100型号的输电线路用复合绝缘子为例,基于ANSYS仿真软件建立复合绝缘子三维有限元模型,分析存在空气或液体间隙时复合绝缘子内部电场的强度,研究间隙尺寸、位置对电场强度分布的影响规律。研究结果表明,空气或液体间隙处电场强度均会增大,液体间隙长度足够大时间隙周围电场强度会超过空气击穿场强,引起局部放电;间隙长度越大或距离导线侧越近,间隙内场强越大,对绝缘子造成的破坏也会越严重。     

电晕离子风湿烟羽治理机理研究及计算分析

为分析电晕离子风除湿的机理,探究不同电压下等离子场与流场的分布以及影响收水效果的因素,利用COMSOL软件进行数值模拟,计算了电除雾器一维等离子场,得到了电子与离子的分布规律和空间电荷密度;通过附加体积力的方法,计算了不同条件下离子风的分布情况和变化规律;选取内置层流混合物模型进行两相流模拟,分析电场对电除雾器收集液滴的效果。研究表明:阳离子大量集中在电晕极附近,而阴离子则充满电晕外区,使得电除雾器内大部分区域充满了负电荷;由于阴离子受电场力而形成的离子风,在电除雾器内将空气吹卷至筒壁,而且随着电势差的增大,空间电荷密度越大,离子风速度越大。通过对比施加电场前后除雾器出口液滴浓度,发现离子风使得出口水汽量减少近25.8%,验证了电晕离子风除湿的可行性。     

电除尘器内电晕放电流体场的数值模拟

在静电除尘器电晕放电场中,电晕放电将空气中原子、分子电离,并将小颗粒荷电,在电场和其他附加场的作用下形成电流体流动．在阴极电晕放电下,阴离子向阳极移动,最终离开电晕区．在电晕区外。阴离子朝收尘极运动,沿途不断撞击中性气体分子．通过这种碰撞,动量从离子传递给了中性气体分子,从而引起越来越强的气体运动．因此,就形成了电场、离子流场、带电气体粒子气流场相互作用的电流体场。讨论如何用FEMLAB软件建立平板型电除尘器内电流体场理论模型。利用三种应用模式建立耦合方程系统,并选择恰当的边界条件：在离子漂移区（电晕外区）,应用静电模型描述空间电势;应用PDE方程系数模型描述电荷流动;利用不可压缩Navier-Stokes模型描述流体运动。     

脉冲等离子体烟气脱硫反应器电极配置对能量利用的影响

实验研究了线-板式脉冲电晕放电烟气脱硫反应器的电极结构配置对脉冲能量利用的影响。结果表明在一定实验条件下增加电晕线数、减小线板间距能提高反应器对脉冲能量的利用；在电场长度一定下，线线间距为线板间距的0．6～1倍时。反应器对脉冲能量的利用达到最大。     

线-板结构离子风发生器强化通道内对流换热的数值研究

离子风发生器是利用电晕放电引起空气流动的一种装置。利用COMSOL Multiphysics软件建立了基于线-板电极结构离子风发生器的计算模型,对离子风发生器强化通道内对流换热的能力开展了数值模拟研究。针对入口风速、发射极电压、初速度方向以及电极水平间距这4个关键因素进行研究,分析了4种因素对强化换热效果的影响。模拟结果表明:在入口风速较小时,离子风对换热的强化效果更好;当发射极电压较高,离子风射流和主流方向相反时,离子风的扰动作用更剧烈,对换热过程有更加显著的增强作用。而电极水平间距则存在最优值,可以使换热效果达到最优。     

电场作用下扩散小火焰实验分析

用无水乙醇作燃料,采用内径为1．0mm的陶瓷管作燃烧器,采取拍摄图像的方法,对自由空间中直流电压下的负针-板电极和负板-板电极（负极接在火焰上方）作用下的小火焰的特性进行了实验研究。实验中发现：在两种电极作用下,随着电压的升高,火焰先被拉伸,后被压缩;火焰形状由半椭圆形变为半圆形,针极电场下火焰又由圆形变为帽子形;在电压增大到一定值时,会出现离子风;与负板-板电极所不同的是,负针-板电极作用下当电压增大到一定值时,离子风非常强烈,火焰脉动厉害。     

Enhanced ionic wind generation by graphene for LED heat dissipation

High voltage is an obstacle when applying electrohydrodynamics technology. Nanomaterials are good candidates for its extraordinary electrical properties and heat‐conducting characteristics. An originally designed ionic wind cooling system was secured with graphene using the dip‐coating method to study the cooling effect for the high‐power light‐emitting diodes. The experiment results indicated that the graphene on the needles' surface acted as new emitting electrode with a smaller curvature radius. The corona discharge current density increased, and the ionic wind inception voltage decreased, because of the high aspect ratios and the field emission characteristic of graphene. The maximum ionic wind volume velocity was improved by 41.3% when the discharge gap was 10 mm, which was attributed to the local electric field enhancement and the electron field emission effect that the graphene had. The best cooling performance was obtained when the needles and the heat sink were both coated with graphene. The junction temperature decreased 21%, and the luminous flux increased 5.6% at the discharge gap of 15 mm, taking the electrostatic screening effect into consideration.     

Electric-field-induced enhancement of vapour condensation heat transfer in the presence of a non-condensable gas

This paper presents the results of an experimental investigation of heat transfer in film vapour condensation from a vapour-gas mixture on a vertical plate under the influence of an electric field. It is shown that with a gas concentration in vapour below 10% a uniform electric field should be applied, and at higher concentrations a corona discharge should be used. The heat transfer augmentation is found to be determined by the electric hydrodynamic processes just as on the surface of a condensate film in the form of a rearranging wave structure and condensate splashing, that decrease the condensate film thickness, so over the volume of the vapour-gas mixture which is stirred by condensate droplets and, to a greater extent, by the corona discharge electric wind. The effects of gas concentration in vapour, of medium pressure, temperature difference between a vapour-gas mixture and a wall, difference of potentials, electric current strength, physical properties of a liquid phase and of a vapour-gas mixture on the degree of heat transfer enhancement are investigated. A seven-fold increase of the relative heat transfer coefficient in the conditions of corona discharge effect is obtained the development of which is favoured by the maximum gas concentration and minimum temperature differences.     

750 kV变电站门形构架双联耐张绝缘子串均压环选型研究

变电站门形构架绝缘子金具表面电场强度超过规定限值后,会在金具尖端或均压环外端面形成电晕放电,增加了站内整体电磁噪声和电能损耗,尤其海拔高度对电晕放电场强限值影响较大。以海拔高度大于1 000 m的750 kV沙州变电站为例,采用ANSYS仿真计算了变电站门形构架双联耐张串绝缘子金具不同均压环管径、连接板表面的电场强度,获得了相应的电场分布图,通过对比确定了750 kV变电站门形构架双联耐张串绝缘子均压环优化选型方案。在天气较好条件下,分别测量了沙州750 kV变电站门型构架四分裂母线与跨线处的噪声,1～6 kHz频段内噪声最大值均低于相关标准的昼间要求,这验证了金具优化后效果较好。     

平行极板式空间电场校准装置电场均匀域的计算分析

为了实现对直流输电线路下方空间电场的精确测量,采用有限元方法分析了平行极板的直径和间隙距离对空间电场校准装置中电场均匀域的影响,仿真得到了不同极板间隙和极板直径下的均匀域的变化情况,提出了最佳校准位置随极板直径和间隙的计算公式,同时计算分析了探头引入均匀域内后的探头周围的电场畸变情况.结果 表明,均匀域随间隙距离d与高...     

复合绝缘子微间隙大小对电场分布的影响

复合绝缘子因长久运行或工艺缺陷等原因可能存在微间隙,这种微间隙的存在使局部电场发生畸变,使微间隙内发生电离,进一步可能发展为局部放电。带电金具与芯棒、伞裙护套之间微间隙放电会直接腐蚀芯棒,老化、腐蚀伞裙护套,降低芯棒的机械性能,引起芯棒脆裂、掉线,从而造成重大停电事故。对复合绝缘子存在微间隙时伞裙电场进行初步探讨,结果表明微间隙的存在使间隙局部场强分布发生严重畸变,金具处最大场强变大,微间隙附近处伞裙以及微间隙内部场强随着间隙增大局部畸变变得严重,但是微间隙的存在与否,对伞裙整体上的电位、电场分布影响不甚明显。     

屏蔽线参数对直流输电线路离子流场的影响

随着特高压直流输电线路的建设和投运,线路电晕引发的电磁环境问题受到广泛关注。为此,基于Kaptzov假设,考虑正、负离子的扩散作用,建立了特高压直流输电线路离子流场数值仿真模型,分析了屏蔽线高度与半径对离子流场的影响规律。结果表明,屏蔽线对直流输电线路下方的合成场强和离子流密度具有一定的屏蔽作用,且屏蔽线电晕放电有助于增强屏蔽效果。在实际工程应用中,屏蔽线高度的增加或屏蔽线半径的减小,均会使得电晕程度增强,从而使屏蔽作用显著增强,最大屏蔽效果可增加10%～20%。研究成果可为制定输电线路超标治理方案提供参考。