聚酰亚胺等离子体改性初期热力学性能的分子模拟研究

为了研究等离子体改性初期聚酰亚胺的热力学性能变化,基于分子模拟的方法建立了纯聚酰亚胺模型和含不同百分比接枝极性基团分子链的聚酰亚胺模型,计算了力学和热学性能的重要指标变化.结果表明,改性后的聚酰亚胺分子弹性模量和玻璃化温度随着极性基团占比增加而增大,其力学和热学性能在等离子体改性初期随着改性时间的增加得到改善,当接枝极...     

聚酰亚胺高温裂解机理的反应分子动力学模拟

聚酰亚胺(PI)由于其优异的绝缘性能,在固态变压器、变频调速电机等电力设备中得到广泛应用,而高温下化学键断裂是其绝缘失效的主要原因。基于ReaxFF的分子模拟方法,对PI分子模型进行反应分子动力学模拟,从原子层面揭示其高温裂解机理。以聚合度为4的PI分子为例,应用基于反应力场(ReaxFF)的反应分子动力学模拟方法对高温下PI的初始裂解、裂解过程中微观动态反应路径以及主要产物形成机理进行了模拟分析,得出PI高温下绝缘失效微观机理。结果表明:PI分子初始断键为酰亚胺环上C-N键,连接两苯环的C-N键断裂是PI分子主链断裂的主要原因;CO_2和CN是PI高温裂解的主要产物,CO_2与CN的形成均与酰亚胺环中的C-N键断裂有关;主链断裂引起的聚合度减小和酰亚胺环断裂产生的CO_2等小分子物质共同导致PI高温下绝缘失效。     

变压器绝缘纸热老化降解微观机理的分子模拟研究

基于原子水平的分子模型模拟分子的结构与行为,将有助于更深刻地分析变压器绝缘纸热降解的各种复杂现象的微观机理。为此,利用分子动力学(MD)方法与密度泛函理论(DFT)建立了绝缘纸纤维素的降解模型。采用COMPASS力场对绝缘纸纤维素分子在热场作用下的微观降解过程进行了分子动力学模拟研究。并结合原子力显微镜(AFM)观测分析了实验的绝缘纸热降解特性。模拟结果表明纤维素分子主链的β-1-4糖苷键连接处最易发生断裂,直接导致其聚合度降低,热对纤维素的降解很大程度上影响了绝缘纸的聚合度水平。分子模拟结果与实验实测结果比较相符。     

电场下聚酰亚胺破坏的反应分子动力学模拟

为深入研究聚酰亚胺(polyimide,PI)固体绝缘材料在电场作用下的破坏机理,采用ReaxFF(reactive force field)反应分子动力学方法,计算模拟Kapton型聚酰亚胺模型在电场作用下的破坏过程,从原子层面分析了其化学键的断裂/生成过程、特征产物的生成机理,并从原子内电荷结构的角度揭示了电场作用对化学键断裂的影响。对聚酰亚胺模拟体系外加强度分别为4、4.5、5、5.5、6×10~(-3)V/nm电场,结果表明:电场强度影响分子裂解的速度和反应的平衡状态,在电场的作用下部分化学键最终断裂,游离出大量元素单体;酰亚胺环中的C-N键是聚酰亚胺分子裂解的初始反应,电场作用下苯环断裂与裂解主要特征产物C2H2的生成有关;构成酰亚胺环中的C-N极性键的二原子在电场作用下电荷结构发生变化,产生强转矩,导致极性键断裂。电场环境下绝缘材料聚酰亚胺分子链的裂解是电气设备固体绝缘失效的主要原因。     

分子模拟技术在高电压绝缘领域的应用进展

对用于分子模拟计算的三种主要方法:量子化学方法、分子动力学方法以及反应分子动力学方法进行了综述,对比分析几种分子模拟方法的数学原理、发展历程和适用范围。在此基础上,从高压输变电装备固/液体绝缘特性以及新材料研发等视角论述了分子模拟的科学价值,特别是反应分子动力学在高电压工程学中的应用潜力,指出借助分子模拟方法可深化研究电介质绝缘在电、磁、机、热复合应力作用下的老/劣化过程,预测绝缘材料极化、介质损耗等性能,并有效指导新型绝缘材料的研发过程。综合分析现有研究进展后指出,分子模拟技术可为揭示电绝缘微观物理与化学特性、解决电力装备绝缘劣化与破坏机制提供基础方法论和定量解析手段,但根据高电压与绝缘技术学科的发展现状,还应结合多物理场数值仿真、电磁暂态分析等计算机模拟方法,构建日趋完善的"计算高电压工程学"学科体系,实现对高电压工程实践的有效理论支撑。     

聚酰亚胺隔膜改善锂离子电池的性能

研究聚酰亚胺(PI)隔膜的吸液率、孔隙率和耐温性能。分析PI隔膜和Celgard隔膜组装的电池的倍率性能、循环性能和安全性能。PI隔膜具有比Celgard隔膜更好的耐温性能及更高的吸液率,组装的电池在以高于1.500 C的倍率放电时,电压平台及输出容量与0.100 C输出容量的比值分别比Celgard隔膜组装的电池至少高出0.024 V和1.000%。     

电力绝缘材料的分子微观特征探讨

基于分子动力学理论对电力绝缘材料的分子微观特征进行探讨,以准确掌握电力绝缘材料腐化、盐化及老化等宏观性质,实现电力绝缘材料性能的无损检测。     

电热作用下聚酰亚胺绝缘的电荷陷阱及微观特性

聚酰亚胺因其良好的热稳定性和电气绝缘性能常被用作变频电机的绝缘材料,但在使用过程中,其构象缺陷产生的电荷陷阱在外部因素影响下容易引发空间电荷效应,从而加速聚酰亚胺的老化。为此基于密度泛函理论和分子动力学模拟了电热作用下聚酰亚胺分子的微观行为,深入分析了聚酰亚胺分子的电荷陷阱参数,并运用过渡态理论和自由能增量讨论了分子微观特性与电老化反应之间的联系。结果表明：电场在0.1×10¹⁰～0.4×10¹⁰ V/m时,聚酰亚胺分子沿电场定向运动,其结构有序排列,当电场为0.5×10¹⁰ V/m时,分子形态不再保持,造成自由体积重排,这是由于电场力超过了聚酰亚胺分子间相互作用力。聚酰亚胺分子的能带在外加电场下发生倾斜,其电荷陷阱深度随场强的增大而逐渐加深。温度作用下聚酰亚胺体系热运动加剧,分子链段运动空间舒张,相较于电场,温度的升高使陷阱能级整体呈现下降趋势,电荷在高温下更容易脱陷。电老化反应遵循过渡态理论,电场改变聚酰亚胺分子微观结构会增加分子振动频率从而引起自由能增量的变化,使得分子体系内部老化反应速率加快,研究发现聚酰亚胺体系...     

Nano-Al_2O_3掺杂酮酐型聚酰亚胺的微观结构及耐热性能研究

以酮酐型聚酰亚胺为基体,环氧树脂为改性剂,Al2O3为填料,采用Sol-Gel法制备了经过偶联剂KH550改性和未改性氧化铝的Al2O3/PI-EP杂化材料,利用红外光谱、扫描电镜、原子力显微镜等对杂化材料的微观结构进行了分析,并测试了材料的耐热性能和力学性能。结果表明:经过偶联剂KH550改性的Al2O3能更好地均匀分散在聚合物基体中,不易团聚,粒径尺寸较小,偶联剂起到了"架桥"的作用;6%Al2O3/PI-EP杂化材料的玻璃化温度为275℃,50～225℃时的储能模量下降较少,但225℃后会急速下降,与tanδ峰值区域的温度范围基本相对应,说明该材料可以在200℃的环境中长期使用保持其力学性能。     

修饰涂层对聚酰亚胺隔膜性能的影响

探讨聚合物涂层、无机陶瓷涂层改性对锂离子电池用聚酰亚胺(PI)隔膜物理性能及电化学性能的影响。聚合物和无机陶瓷涂层改性,均可改善PI隔膜的孔隙结构和孔径分布,进而提高耐高温性能和电化学性能。采用无机陶瓷涂层改性的PI隔膜,综合性能最优,在250℃下保温4 h,尺寸无明显变化。使用该隔膜组装的单体电池,以0.5 C在4.20~3.00 V循环1 000次,容量保持率可达到92.57%。     

DTS动态仿真中的用户自定义建模

在调度员培训仿真器(DTS)动态仿真中提出了一种图形化的用户自定义建模(UDM)方法,讨论了其基本原理和程序的实现.这种UDM方法是在动态仿真主程序采用联立求解方法下实现的,因而在方便调度员使用的同时提高了仿真的精确度,实时数据库的采用提高了仿真的实时性.在海南电网上的仿真试验结果表明其仿真的精度和速度是满足要求的.     

电力系统时域仿真的动态一致性检验

电力系统中模型参数的辨识值常因优化算法、收敛区间、迭代次数等的差异而不同,此时常规的误差分析方法很难判断并选择合理的参数组。为解决这一问题,文中提出采用一种定量的不确定性分析方法——随机响应面法对仿真结果进行动态一致性检验的新观点,并提出了相应的检验标准。由于随机响应面法能克服传统的蒙特卡洛法仿真次数多、时间长的缺点,利用随机响应面法可快速计算出参数组中多个参数的联合不确定度,从而得到仿真结果的均值和置信区间,校验模型参数的有效性,为参数的合理选择提供参考依据。某大区电网的负荷实测记录验证了该方法的有效性。     

单个球形木材颗粒热解过程数值模拟

建立一维、非稳态单个球形木材颗粒热解模型,模型包含颗粒内部气相和固相质量、动量和能量守恒方程。颗粒内气体运动采用Darcy理论描述,传热模型包括颗粒内的导热和对流传热以及颗粒表面与外界的对流和辐射传热,热解动力学采用一步反应模型。运用文献中的实验结果对模型进行了验证,模型能够较好地预测颗粒内部不同位置处温度和固体失重率随时间的变化过程。运用模型考察进气温度和颗粒粒径对木材颗粒热解过程的影响。结果表明:进气温度越高,颗粒热解所需要的时间越短。相同无量纲直径处,小粒径的颗粒升温快,整个颗粒的温度趋于一致的时间较短,剩余固体率的变化规律与温度的变化一致。     

框架式断路器机构系统动态仿真与试验研究

研究产品仿真建模与分析的方法。对于复杂产品系统的仿真,可采用系统分解的方法进行,也可将实验结果作为系统模型的组成部分。利用多体动力学仿真分析软件ADAMS,对断路器机构系统进行动态仿真建模与分析,获得其分闸过程的动态特性。分析了断路器主要结构参数对其运动特性的影响。通过实验方法验证仿真模型及仿真结果的正确性。研究结果表明,仿真与实验结果吻合较好,仿真方法为断路器产品提供了可视化开发环境,是产品创新的有效手段。     

智能交流接触器动态仿真和实验研究

仿真了智能交流接触器的动态特性,分析了智能控制对其特性的影响和优化。基于多段电压控制,通过改变输入控制PWM占空比调整线圈电压。应用AN-SYS软件计算静态电磁吸力,应用ADAMS软件计算动态过程中的速度、加速度和触头行程。与普通接触器比较,该智能交流接触器触头弹跳和能耗明显减少。     

基于ReaxFF场的矿物绝缘油热解分子动力学模拟

热故障是影响充油设备安全运行的重要因素,基于Reax FF力场的分子动力学模拟方法建立了含有30个分子的矿物绝缘油仿真模型,深入研究了不同温度下矿物绝缘油的动态热解过程和产气规律。通过Reactive-MD-analysis识别模块对矿物绝缘油热解产物的识别和统计,结合仿真的动态图像分析了矿物油的微观反应过程,得出矿物油热解的主要反应路径以及小分子气体的生成路径。同时重点分析了温度对热解微观过程的影响,结果表明：中温下大分子烃自由基的β–C断裂造成C_2H_4气体的大量产生;高温下C_3H_8、C_2H_6和C_2H_4的继续分解造成C_2H_6和C_2H_4气体的相继减少以及H_2、CH_4和C_2H_2气体的不断增多。通过与热重实验结果的对比,验证了仿真结果的合理性,说明ReaxFF反应动力学模拟为从分子上研究矿物绝缘油的热解提供了一种有效的途径。     

基于动态故障树与蒙特卡罗仿真的保护系统动态可靠性评估

依据数字继电保护系统的功能和工作特点,提出一种保护系统动态可靠性的定量分析方法,旨在为寻找系统薄弱环节、提高保护设计及运行可靠性提供参考依据。首先,确立保护系统累积失效概率、可用度和基本部件概率重要度指标。其次,建立马尔科夫状态空间与动态故障树相结合的微机保护系统动态可靠性模型,提出基于动态故障树结构函数的蒙特卡罗仿真方法,以进行保护系统可靠性定量评估。最后以算例验证所提方法的有效性,并进行相关分析。结果表明该方法对保护系统可靠性评估、部件影响分析及薄弱环节识别具有参考价值。     

误差准则在负荷模型动态仿真中的应用研究

提出了以实测数据信号扰动能量为基准的动态变异率（DVR）来表征动态仿真的误差水平,并对一些仿真算例误差评定给出了具体的方案。对某变电站两条出线的负荷数据仿真准确度评定,证明所提的方法是快捷有效的。     

二层型挠性覆铜板用聚酰亚胺的研究进展

电子行业的快速发展对二层型挠性覆铜板的性能提出了更高的要求,针对以聚酰亚胺薄膜为基底材料的二层型挠性覆铜板,分别从改善粘结性能、介电性能和耐热性能3个方面综述了二层型挠性覆铜板的研究进展,并展望了二层型挠性覆铜板的研究方向。