非均匀和均匀电场下液滴的形变及运动行为

电场作用下液滴形变及运动行为是电脱水机理研究的重要内容,为了研究不同电场类型下液滴的运动特性,基于相场方法建立了液滴在均匀与非均匀电场下的仿真模型,研究了油中液滴在形变、位移过程中电荷密度和电场力的分布以及液滴的聚结情况,通过实验观测分析了液滴在均匀场与非均匀场中的形变以及运动行为。研究结果表明,液滴在非均匀场中不仅发生如同在均匀场中的形变,而且会在介电泳力作用下向电场集中区域发生移动;液滴表面极化出的电荷密度以及其所受到Maxwell应力从液滴中部向两端逐渐增大,在均匀电场中对称分布在液滴两端,而在非均匀电场中靠近电场集中区域的电荷密度和Maxwell应力最大;在一定范围内提高电场强度,液滴在非均匀电场中的接触机率比均匀场中的大,受到的偶极吸引力增大,使液滴间的聚结速度大于均匀电场中的聚结速度,但过高的电场强度容易使液滴破裂。     

电场作用下表面张力对液滴运动特征的影响

为研究电场作用下表面张力对液滴运动特征的影响,基于润滑理论和漏介电质模型,在考虑受电场影响的表面张力变化的基础上,建立了电场作用下液滴铺展的演化模型,采用PEDCOL程序模拟了在不同底部电势影响下导电液滴的运动特征。研究表明:两极板间的液滴铺展过程不仅与电势类型有关,还与因电场作用下改变的表面张力有关;表面张力比例系数对液滴运动过程的影响总趋势大体相同,但最大液膜厚度和铺展半径的变化速率明显不同。施加均匀电势和线性电势时,并不改变液滴铺展的抛物线外形,随比例系数增大,液滴铺展加快;施加非线性电势时,可控制液滴的破裂过程;液滴铺展过程中,受表面张力变化影响最大的是线性电势,最小的为指数电势。     

电场对非平整基底上液滴铺展特性的影响

基于润滑理论和漏介电质模型,通过建立电场作用下非平整基底上液滴铺展的演化模型,利用PEDCOL程序模拟了导电液滴在非平整基底上的铺展特征。结果表明:非平整基底有助于加快液滴的铺展速度,其中,锯齿状基底下液滴的铺展速率最大;底部电势为恒定值时,电场对液滴铺展起抑制作用;线性底部电势将诱导液滴中心出现偏移现象,且液膜轮廓呈现与基底外形相似的特征;增加基底波数或高度,均有利于液滴铺展,但其影响总体较小。     

电场作用下变压器油中液滴荷电状态研究

为了研究电场作用下液滴荷电效应对其形变的影响,对油中液滴表面电荷状态开展了理论研究,并借助仿真建模软件搭建典型油道模型,模拟了外加电场条件下分散相液滴的表面电荷密度分布,获得了液滴表面电荷的变化趋势图及其表面所受的电场力分布图。研究结果表明：静置于油中的水分子由于“H+”优先取向,水滴带有正的初始表面电荷。随着电场强度不断增大,表面电荷密度呈现正增长趋势。从微观角度分析了电场下液滴的运动变形行为,可以进一步完善油中含有液滴时引起的放电机理,为变压器稳定运行提供实用价值。     

500 kV SF6断路器复合绝缘套管绝缘介质液化电场研究

为研究复合绝缘子套管中的SF₆气体发生液化对套管内部电场分布的影响,采用电流场有限元法对内部电场进行了求解分析。基于某项目中复合套管参数建立了3D实体模型,假设在重要部位出现液滴进行工频瞬态电场计算,得出整体电场强度分布规律和液滴周围电场强度分布规律。研究发现,轴对称方法不再适用于SF₆液化情况的分析。结果表明,液滴会导致附近电场强度增大,且液滴介电常数越大电场强度越高,电场强度随液滴参数变化最大可能变为原场强的3倍,当液态SF₆的介电常数高且SF₆填充压力低,产生过电压时可能会形成击穿。另外,在地电位屏蔽上发生液化并引起放电的可能性最高,需要额外的加热措施或更换填充气体为SF₆-N₂气体。     

高压静电聚结破乳技术

为提高原油的电脱水效率,控制乳状液破乳程度,根据电破乳机理推导出液滴在交流电场中碰撞聚结及变形破裂的规律并分析了影响液滴运动特性的因素。研究中用设计的紧凑型静电聚结管道,对油包水乳化物施加50 Hz高压交流电,通过调节聚结管道电极板间所加电压及极板间乳化物流量qV观察液滴大小的变化规律,并计算乳化物通过聚结器前后的时间对液滴颗粒粒径的影响。结果表明,场强升高可增大液滴直径提高液滴聚结效果;但增大到一定程度时会发生电分散影响脱水效果,故应控制场强在一定范围内使得液滴聚结以提高脱水效率;同时液滴在电场中的停留时间也对聚结效果有明显的影响。     

交流电场下超疏水涂层表面液滴运动特性的体积效应研究北大核心CSCD

交流电场下超疏水涂层表面液滴的滑动和凝并特性对其污闪特性具有重要影响,为了表征超疏水涂层表面液滴的运动特性,以环氧树脂板为基底利用喷涂法制备了超疏水涂层,测量了均匀电场下超疏水涂层表面不同体积液滴的临界运动场强,并利用基于图像的目标跟踪方法绘制了不同体积液滴的运动轨迹;最后通过仿真计算和理论推导,分析了交流电场下液滴运动机理以及体积对液滴临界运动场强和运动速度的影响。结果表明:液滴体积对其临界运动场强的表现出明显的“体积效应”,0~100μL液滴的临界运动场强在体积为40μL出现一极小值;液滴体积对其临界运动场强影响主要与电晕起始场强和电荷积累量有关;而液滴平均运动速度与体积呈负相关,100μL液滴的平均运动速度较10μL减小了66.7%。     

湿度对悬浮液滴荷电特性及离子流场特性的影响

为了明确湿度对高压直流导线离子流场的影响,在人工气候室中使用同轴圆柱电极电晕放电实验平台对不同湿度条件下正极性高压直流导线的离子流场进行测量,分析湿度对正极性导线离子流场的影响规律,通过引入用于表征悬浮液滴荷电能力大小的参数,计算不同湿度条件下悬浮液滴的荷电特性和电场分量。计算结果表明：相对湿度小于60%和大于等于60%环境下离子流场中悬浮液滴荷电特性不同,相对湿度小于60%时,悬浮液滴荷电能力较弱且几乎不随湿度发生变化,空间电荷以离子为主,荷电液滴对离子流场影响较小,导线电晕放电特性和离子迁移率随湿度变化是影响离子流场的主要因素;相对湿度大于等于60%时,悬浮液滴荷电能力随湿度线性增大,悬浮液滴空间电荷密度迅速增加,荷电悬浮液滴成为影响离子流场的主要因素之一。     

乙醇-生物柴油液滴的荷电与破碎特性分析

研究燃料液滴的荷电与破碎是雾化问题的关键。将乙醇与生物柴油掺混,制得体积比分别为1:9、2:8、3:7、4:6及5:5这5种掺混燃料,在静电雾化系统中进行对比实验。基于电场分布的理论计算,分析了各燃料的荷电性能,讨论了稳定锥射流模式下液滴的破碎特性。根据液滴破碎的力学机理,基于液滴气动力克服表面张力发生破碎的韦伯模型,考虑荷电后液滴表面张力的变化,得出了静电韦伯数。实验结果表明:随着喷嘴电压升高,燃料的荷质比增大。乙醇比例越高,燃料荷质比越大。计算结果表明:乙醇比例高的燃料液滴其静电韦伯数越大,越有可能发生破碎。基于静电韦伯数,推导出带电液滴破碎的判别条件,并实验验证了燃料液滴破碎时静电韦伯数的临界值为19。     

超疏水绝缘表面直流沿面污闪特性研究

利用一种具有优异憎水性和自清洁特性的仿生超疏水涂层制备绝缘表面，设计雾水润湿下污秽绝缘表面的直流闪络试验，研究仿生超疏水绝缘表面的直流污闪特性。同时依据表面液滴的浸润状态，从电场角度对超疏水涂层表面的污闪电压进行预测。结果表明：超疏水涂层表面在润湿加压过程中具有自洁性，闪络经表面液滴和干区形成。本文提出的方法预测的闪络电压分别与液滴体积呈负相关，与接触角呈正相关，预测值与实测值相吻合，精度高于传统预测模型。     

Determination of the streamers characteristics propagating in liquids using the electrical network computation

This work is devoted to the modeling of branching streamers propagating in transformer oil using an equivalent electrical network and the electrical network computation. The proposed model enables one to determine the different characteristics of the streamer (i.e., the associated current and the electrical charge, the power and the energy injected in the liquid, the local electric field at the streamer head, the streamer shape and its velocity, the mobility of the charge carriers within the streamer channels, the local viscosity and temperature). It's shown through the simulated values of the mobility of charge carriers, the local viscosity and temperature that both electronic and gaseous mechanisms are implicated in the streamer development. The gaseous nature of streamers and the role of the local electric field are evident. The influence of the conductivity and additives as well as the electrode gap on the propagation velocity of positive streamers is analyzed.     

SF_6断路器灭弧室内三维电场数值模拟

运用有限元法FEM对罐式SF6断路器断口附近三维电场进行了数值计算 ,以计算机辅助绘图为支撑 ,完成了SF6断路器三维电场的数值模拟。在三维电场数学模型的建立中考虑了屏蔽罩和并联电容器组的存在 ;对断路器不同三维剖面的等电位线分布及电场分布情况进行了分析 ;并将计算结果进行三维图形可视化处理及显示。     

空间电荷及金属颗粒对换流变阀侧套管的电场分布影响

换流变压器阀侧套管承受交、直流复合电压,对套管的性能和质量有严格的要求。直流电压下,不同介质界面处空间电荷积聚会引起局部电场的畸变,金属颗粒的存在也会大幅提高局部场强,二者均会降低套管的绝缘性能。文中根据换流变压器阀侧套管的结构,采用有限元分析软件,建立了阀侧套管的仿真模型,分析了加入空间电荷后不同类型电压下套管的电场分布以及金属颗粒对局部电场的影响。结果表明,直流电压下介质界面处空间电荷更容易积聚,交直流复合电压下空间电荷能够引发套管内部局部电场的畸变。与交流电压相比,直流电压下金属颗粒对局部电场的畸变程度影响更大,在SF₆气体中金属颗粒对电场畸变程度的影响大小与其所在位置的关系不大。     

SF6断路器灭弧室内三维电场数值模拟

运用有限元法FEM对罐式SF6断路器断口附近三维电场进行了数值计算,以计算机辅助绘图为支撑,完成了SF6断路器三维电场的数值模拟。在三维电场学模型的建立中考虑了屏蔽罩和并联电容器组的存在;对断路器不同三维剖面的等线分布及电场分布情况进行了分析;并将计算结果进行三维图形可视化处理及显示。     

电容器介质直流、交流击穿电压值的对比研究

与交流电场不同,在直流电场下,除介质中的空间电荷效应增强之外,电场强度在串联介质中的分配主要由体积电阻率的比值决定.电力电容器常用的液体介质、固体介质由于其相对电容率和体积电阻率存在明显的区别,这给它们复合后在直流电场和交流50 Hz电场的使用上不可避免地带来影响.通过对电容器用液体介质、固体介质以及由他们组成的复合介...     

Measurement of the 2-dimensional electric field vector indielectric liquids

A new measurement technique for two-dimensional electric field vectors (electric field intensity and its direction) in liquid dielectrics has been developed in this study. The theoretical equation for measuring the electrical field vector is derived for the optical system which consists of a He-Ne laser, polarizer, quarter-wave plate, test cell with nonuniform electric field, nonpolarizing beam splitter, two analyzers and two photo detectors. The effectiveness of the technique is confirmed by comparing the theoretical values and experimental results. Furthermore, the nonuniform electric field vector distributions of the transformer oil in a compound insulation system of liquids and solids are measured     

Charge Separation During Splashing of Liquid Droplets in the Presence of an Electric Field

When conductive liquid droplets splash on solid or liquid surfaces, fragments are ejected from the surface that in the presence of an electric field can be inductively charged to the opposite polarity. This phenomenon can reduce the deposition efficiency of electrostatically applied conductive coatings such as water base paints. The charge separation process was investigated by collecting and measuring the size and charge of splashed fragments ejected from surfaces in the presence of an electric field.     

大型超高压变压器线圈表面电场的分析计算

大型超高压变压器的绝缘问题是电力系统中的重大课题。在油纸绝缘结构中，紧靠线圈表面油道中的场强，和该处的绝缘结构对确定主绝缘距离起决定作用。对此电场作了计算分析，结果说明：相间电场沿面畸变严重，安排绝缘结构时，主纵绝缘应综合考虑。     

A Visual Demonstration of the Electric Field of a Coil Carrying a Time-Varying Current

The nature of the electromagnetic fields of a helically wound coil carrying a time-varying current is examined. It is shown how simple applications of Faraday's and Ampere's laws yield the dominant field components. It is pointed out that within the coil, both magnetic and electric fields are predominantly axial and uniform. The axial electric fi'eld is many times greater than the radially dependent circumferential electric field usually associated with the time-varying axial magnetic field within the coil. A method is described that uses heat-sensitive cholesteric liquid crystals and resistive paper to provide a visual display in color of the electric field of the coil.     

特高压直流极母线避雷器污秽状况下内外部电场分布的仿真研究

由于直流电场对污秽颗粒的吸附作用,使直流避雷器相对于交流避雷器的积污更加严重。且特高压直流极母线避雷器在绝缘外套内部还有3柱并联的电阻片柱,污秽分布对绝缘外套表面电场以及电阻片柱与绝缘外套之间的径向电场的改变,都将会对避雷器的运行状况造成一定的影响。文章结合直流场中污秽的分布特点,建立了特高压直流极母线避雷器污秽状况下的电场仿真模型,对避雷器在整体湿污秽以及出现局部干燥带时的伞裙表面电场和电阻片柱与绝缘外套间的径向电场进行了计算分析,结果表明：避雷器整体污秽会导致绝缘外套表面场强与内部径向场强的增大,但数值较小尚且不会引起电晕及闪络现象;而局部干燥带的出现,则会在伞裙表面和电阻片与绝缘外套间的空气间隙形成局部过高的表面场强和径向场强,导致绝缘外套表面闪络,以及电阻片柱与绝缘外套间的贯穿性放电等现象,严重危害避雷器的安全稳定运行。