电磁波在真空中的衰变与宇宙学红移

真空充满了量子涨落和真空零点能,这已经被多方面的实验所证实。电磁波在真空中传播时,可能会与真空发生相互作用而衰变。本文提出了一个用于计算电磁波在真空中衰变的理论模型,该模型认为电磁波可以激发出量子谐振子(即受激量子涨落)或虚粒子对而损失能量,而所损失的能量会以其他形式再放出光子(即受激真空辐射),从而对宇宙学红移和微波背景辐射(CMB)产生贡献,并由此认为宇宙学红移和宇宙微波背景辐射之间具有内在联系。基于此模型,可以对宇宙学红移和CMB观测结果做出适当解释,计算推导表明:星光衰变红移与基于宇宙匀速膨胀模型得到的宇宙学红移量具有相同的数学形式。在此基础上,本文对"暗能量"问题等也进行了讨论。     

关于电磁波与真空的相互作用及当前几个宇宙学问题的探讨

当前,国内外同行普遍接受的ΛCDM宇宙学模型(也即宇宙学常数或暗能量-冷暗物质模型)可以很好地解释涡旋星系自转速度曲线和宇宙学红移-距离关系的超新星观测结果。然而,目前不仅还没有直接探测到暗能量和暗物质粒子,而且在理论上对暗能量和暗物质的本质是什么也还存在较大的争议,其他修正引力理论也尚未取得共识。本文作者在前期的论文中,通过假设真空虚粒子对可以对电磁波(或光子)造成散射并结合Einstein-de Sitter模型,也可对宇宙学红移-距离关系的超新星观测结果进行很好的拟合,但进一步的分析表明,基于上述假设和其他宇宙学模型,也可对超新星观测结果进行适当的拟合。因此,有必要对宇宙学红移-距离关系的物理机制进行进一步的研究,其中,建立合理的引力理论仍然是研究的重点之一。本文试图提出一个修正引力势方程并得到相应的修正引力方程,并以此为基础对暗物质、暗能量等问题进行初步的探讨。     

局部放电电磁波在GIS中的衰减特性

局部放电电磁波信号在气体绝缘开关设备(GIS)中传播时受GIS结构影响而产生衰减变化,使得难以从超高频(UHF)检测信号实现对局部放电源信号的有效评估。为分析GIS不同结构部件对电磁波信号的影响,本文采用时域有限差分(FDTD)法对GIS中局部放电电磁波的衰减特性进行建模分析,研究了电磁波信号在GIS中不同部件传播时幅值、能量等参数的变化特性。对局部放电电磁波信号经过绝缘子前后的变化进行试验研究,验证了仿真分析的有效性。研究结果表明,电磁波信号在同轴波导中传播时信号能量衰减很小,但是由于高次模波的色散效应使得信号幅值发生较大程度的减弱;邻近局部放电源的绝缘子对于电磁波信号的衰减作用比其他绝缘子更大;经过L分支的电磁波信号能量衰减和幅值降低程度均较大,但其横电磁波(TEM)分量衰减很小;电磁波经过T分支的垂直部分比直线部分衰减更为严重。     

日盲紫外光霾粒子光散射测量方法研究

针对光散射粒子测量方法中测量结果受到外界杂散光干扰这一问题,提出将日盲紫外光应用于光散射粒子测量方法中。利用Mie散射理论仿真了日盲紫外光不同粒径粒子的散射光分布函数,结果表明,日盲紫外光对粒径较小的粒子散射特性良好,能够应用于光散射粒子测量方法之中。利用T矩阵方法计算了日盲紫外光椭球粒子的散射特性,结果表明,在日盲紫外光248 nm处,椭球粒子的消光截面相比等效球形粒子偏小2.82%,散射截面偏小1.95%。最后分析了椭球粒子形变参数与复折射率对其散射相函数的影响,这些分析为光散射粒子测量方法提供了一定的理论依据。     

GIS中局部放电电磁波同轴传播特性仿真研究

为了对GIS中局部放电产生的电磁信号的同轴腔体传播特性以及结构影响因素进行较为深入的研究,笔者采用有限时域差分方法(FDTD)建立GIS同轴模型,对同轴谐振腔、电磁能量泄漏、发射天线条件等不同因素对局部放电电磁波传播的影响进行了仿真分析。仿真分析可知,两端金属封闭条件下电磁波传播模式不再是简单的同轴腔体下的传播形式,而可看作为一个电磁传输品质系数较低的同轴谐振腔,从而引发更为复杂的高次模波频率成分;盆式绝缘子连接处电磁波能量的径向泄漏会影响后端检测的信号幅值,并且传播模式较高电磁波成分经过绝缘子后衰减较大;金属尖刺或突起不仅起到电磁波激励源的作用,其存在同样也有利于电磁波的传播。     

氢气/氧气混合气体等离子体放电动力学机理

针对绿色无毒推进剂航天器火箭发动机真空低温条件下点火困难等问题,提出通过放电产生非平衡等离子体,利用其活化效应改善发动机点火性能。为了研究氢、氧混合气体放电产生的活性粒子的时间演化特性,利用Bolsig+求解器计算得到不同电子碰撞反应能量损失分数随约化场强变化规律;利用ZDplaskin程序包对氢、氧混合气体放电过程进行零维仿真;研究了不同约化场强下混合气体活性粒子随时间变化规律。结果表明,不同约化场强下,氢、氧混合气体中各类电子碰撞反应消耗能量占比不同。约化场强较小的情况下,电子能量大部分被分子的碰撞激发所消耗;而约化场强较大的情况下,电子能量主要用于分子的离解与电离;约化场强大于100 Td时,放电过程电子浓度快速增大,更有利于活性粒子的生成与积累。     

低粒子高真空插板阀的检测方法研究

低粒子高真空插板阀因选用材料的特殊性和密封技术的先进性,在运行过程中产生的机械冲击力就会较小,从而大大地减少了颗粒污染。它是常用于集成电路的晶圆生产行业的一类真空阀门,而目前国内厂家还无法生产这类阀门,也没有进行相关的设计研发。为此研究了基于光散射法的低粒子高真空插板阀的粒度检测方法及相应的检测指标,搭建了相关的粒度检测平台,并进行了模拟测试。     

变压器局部放电超高频电磁波的传播特性

分析了变压器中局部放电激发的超高频电磁波在油 -隔板复合绝缘中的传播特性 ,讨论了变压器箱体对电磁波传播的影响 ,实验室研究结果表明 ,超高频局放电磁波在油 -隔板复合绝缘中传播时会产生一定的衰减 ,但对电磁波的接收影响不大 ;变压器箱体可引起电磁波的严重衰减 ,大大降低检测灵敏度 ,因此实测时超高频传感器应内置     

GIS局部放电超高频电磁波的传播特性研究

SF6气体中的局部放电过程可激发产生超高频电磁波。为研究GIS中超高频电磁波的传播特性,采用时域有限差分法仿真计算GIS中超高频信号的传播特性。仿真计算表明,GIS中局部放电产生电磁波在传播过程中存在延迟现象,有利于局部放电点的定位。因GIS中存在不连续点,超高频信号在传播过程中产生衰减,通过绝缘子时平均衰减3dB,通过T型接头时最严重的支路信号平均衰减10dB,而传播过程中产生的谐振使其衰减变慢。     

LDA中光压对散射粒子跟随特性的影响

本文利用Ｍｉｅ散射理论和量子光学的方法对ＬＤＡ中强激光作用在散射粒子上的光压以及由此产生的粒子速度漂移进行了理论推导，并对在ｑ《１和γ》λ的情形下粒子速度的漂移进行了详细的计算。其结果表明：若入射激光的功率较大、散射粒子的尺度相对于激光波长较小时，光压将对沿入射光轴线方向的速度测量产生不可忽视的系统误差。     

海雾和陆雾的光散射特性研究

基于Mie理论与蒙特卡罗方法对海雾和陆雾的光散射特性进行了研究,对比分析了海雾、陆雾粒子的单次和多次散射特性。首先分析了海雾和陆雾粒子的尺寸分布,然后采用Mie理论研究了入射光波长为0. 55μm时,海雾和陆雾的散射效率因子、消光效率因子、吸收效率因子和后向散射系数随粒子尺寸参数的变化关系并进行了分析。最后采用蒙特卡罗方法计算了海雾和陆雾的光传输透过率和衰减系数与粒子质量浓度的关系。结果显示随着粒子质量浓度的增加,海雾和陆雾的吸收效率因子和后向散射系数差异都逐渐变大,并且陆雾的衰减系数更小、透射率更大。     

局部放电电磁波在GIS中传播路径的分析

为进一步揭示GIS中局部放电电磁波的传播特性,采用FDTD方法仿真分析了GIS中局部放电产生的电磁波信号的传播路径及其与信号波形之间的关系并在真实GIS中进行了相关试验研究。仿真和试验结果均表明局部放电电磁波在GIS中的传播路径与局部放电源的位置相关,且检测的电磁波信号波形受电磁波传播路径的影响也不尽相同。局部放电源靠近GIS内导体时,检测位置φ不同时的电磁波信号波形相似,且各电磁波信号的初始脉冲均较大,其传播路径为直线路径。局部放电源靠近GIS外导体时,电磁波信号波形与检测位置φ相关,在φ=0和φ=180°处检测的信号中有大脉冲出现,其传播路径为沿GIS外壳内表面绕向传播路径。     

内置式特高频传感器在GIS设备上安装布点方案研究

在气体绝缘金属封闭开关设备(GIS)中安装内置式特高频传感器(UHFS),虽然可有效检测局部放电,但受GIS结构的影响,局部放电激励的电磁波信号传播至内置UHFS时,其波形与幅值等参数都发生变化,从而增加了对GIS局部放电进行评估的复杂性。为解决此问题,通过Ansys仿真研究局部放电产生的特高频电磁波在GIS典型结构中传播特性,包括电磁波信号与局部放电源的关系特性、电磁波信号与检测点角度之间的关系特性及电磁波信号在GIS各部件中的传播特性等,提出内置式UHFS在GIS设备上的安装布点原则,并最终在实际工程中进行了试点应用,应用结果表明了该布点方案的合理性及有效性。     

LDA中光压对散射粒子跟随特性的影响

本文利用Ｍｉｅ散射理论和量子光学的方法对ＬＤＡ中强激光作用在散射粒子上的光压以及由此产生的粒子速率漂移进行了理论推导，并对在ｑ〈〈１和γ〉〉λ的情形下粒子速度的漂移进行了详细的计算，其结果表明：若入射激光的功率较大，散射粒子的尺度相对于激光波长较小时，光压将对沿入射光轴线方向的速度测量产生不可忽视的系统误差。     

真型变压器局部放电超高频信号的传播特性

超高频检测法是变压器局部放电在线监测的主要手段之一。由于变压器内部结构复杂,局部放电产生的电磁波在真型变压器内部的传播规律尚不清楚,制约了超高频局部放电检测技术的良好应用。为此,基于一台真型110 kV三相三绕组油浸式变压器,搭建了局部放电超高频信号传播特性检测平台,研究了变压器中局部放电电磁波的传播特性,得出了对应变压器多个检测点处超高频信号的幅值、累积能量、频率和传播时间的变化特性及规律。结果表明:变压器中超高频信号的幅值随着传播距离的增加而非线性地减小,衰减速率减慢;信号的累积能量与幅值的衰减规律相似,但衰减范围更大;电磁波在传播过程中,频率越高,衰减越严重,绕射能力越弱,导致天线检测到信号的主要能量集中在300～600 MHz频带内;检测位置被绕组和铁芯阻挡时,电磁波以绕射方式到达天线,信号波头衰减严重,造成首波到达时刻读取滞后,会降低超高频检测定位的准确性。论文研究可为变压器局部放电超高频检测天线频带、安装位置的选择以及检测灵敏度的提高提供参考和理论依据。     

GIS中电磁波传播特性的仿真研究

为研究UHF信号在GIS中的传播特性,采用时域有限差分法进行了仿真建模和计算。GIS内部的局部放电会在腔体中激励超高频(UHF)电磁波信号,UHF法是通过对局部放电时产生的超高频电磁波信号进行检测,获得局部放电信号的有关信息以实现对设备的绝缘状态诊断和评估。UHF法抗干扰能力较强、灵敏度高。仿真结果表明,UHF信号在GIS内传播时呈现明显的时延特性,有利于局放源的定位;UHF信号的强弱和检测点与局放源的夹角Φ有关,Φ=0°和180°时信号的能量最大;局放脉冲越陡,在GIS腔体中激励的高次模波分量越大。     

交流电弧微观动态形成机理及影响因素

为揭示真空电弧的微观动态形成机理及其影响因素,利用气体动力学模型研究真空断路器触头间的电弧形成过程。采用的数学模型包括电子和正负离子漂移扩散方程、微观粒子的碰撞方程及电场的泊松方程。建立触头间距为10 mm,触头间电压分别为工频交流12 k V和400 V的真空断路器简化模型,通过仿真得到工频真空电弧形成过程和鞘层形成过程的电子密度、平均电子能量及碰撞能量损失分布等各项微观参数的时变规律,并计算电子迁移率、金属蒸气压力和初始电子密度对真空电弧形成过程的影响。仿真结果表明:粒子运动速度差异形成的鞘层是电弧形成的基础;高电压、强电场作用促使电子能量产生轴向集中;电子迁移率及金属蒸气压力影响电弧形成过程;而初始电子密度对真空电弧弧前导电通道形成过程的影响可忽略。     

等离子体覆盖金属目标的电磁散射特性

研究复杂等离子体目标电磁散射特性,需要采用高效的数值计算方法。为此,提出了一种分段线性递归卷积时域有限差分(PLRC-FDTD)算法及其在MPI+openMP并行计算模型中的高效实现方法,对不同等离子体参数和入射电磁波参数条件下等离子体覆盖金属目标的电磁散射特性进行了仿真计算。结果表明:当等离子体频率与入射波频率相近时,共振吸收占主导,反射率最低;等离子体层越厚,对电磁波的吸收越明显;对于特定参数的入射电磁波,可通过改变等离子体参数的方法来实现对电磁波的有效吸收,从而实现目标的主动隐身。     

局部放电超高频信号时频特性与传播距离的关系

超高频(UHF)检测法具有频带宽、信息量大、抗干扰能力强等一系列优点,近年来在局部放电检测中得到了广泛应用。为此,建立了变压器油纸绝缘局部放电模型,研究了超高频电磁波信号与脉冲电流之间的对应关系,以及超高频电磁波信号与传播距离的关系。实验结果表明:1)随着传播距离的增加,超高频电磁波信号的能量和幅值均呈非线性衰减趋势;2)局部放电超高频电磁波信号幅值与脉冲电流幅值成正比关系,超高频电磁波信号能量与脉冲电流幅值的平方成正比关系,且比例系数随着超高频电磁波信号传播距离增加而减小;3)超高频电磁波信号中高频分量随着传播距离增加而衰减很快。以上结论有助于更加详细地了解局部放电超高频电磁波信号的辐射规律,是超高频检测法用来检测电力设备局部放电的依据。     

基于GIS中电磁波传播路径特性的局放源定位方法

气体绝缘开关设备（GIS）中发生局部放电（以下简称局放）时,为查找绝缘缺陷,需对局放源进行准确定位。超高频（UHF）时差定位法由于原理简单、实现方便、定位精度高等优点获得了广泛应用,但当局放信号的初始脉冲较小而难以确定信号的起始脉冲时间时,UHF时差法将难以有效运用从而导致较大误差。为提高时差定位法的准确性,对局放电磁波在GIS中的传播路径特性进行研究,分析结果表明,局部放电产生的电磁波在GIS中的传播路径与局放源的位置、检测点的位置密切相关,据此提出了基于传播路径的脉冲时差定位法。实验结果表明,当局放源位于GIS外壳附近、电磁波信号初始脉冲很小、难以辨识时,用该方法可以准确定位。