国家自然科学基金(51207019)
- 作品数：9 被引量：35H指数：5
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- 相关领域：电气工程理学一般工业技术更多>>
- 基于Helmholtz模型的流注放电过程光电离快速计算被引量：5
- 2015年
- 流注放电过程通常用流体模型来描述,它由粒子连续性方程耦合泊松方程组成,光电离作为源项加在电子和正离子连续性方程上。目前光电离一般用精度较低的空间均匀背景预电离代替或者用计算效率低的Zheleznyak积分模型进行求解。针对上述两种方法的不足,有学者用多组Helmholtz方程代替积分方程计算光电离,但并没有揭示此方法的物理意义和得到有效的边界条件。结合Penney和Hummert用离子室测量光电离的实验,若把吸收函数表示成指数和形式,即可得到Helmholtz模型的控制方程;根据辐射物理特性,给出了Helmholtz方程Sommerfeld远场辐射边界条件。将该方法应用于高斯辐射源和大气压下双向流注传播过程计算,并与采用其它边界条件的Helmholtz方法和Zheleznyak积分方法进行对比实验。仿真结果表明:采用Sommerfeld远场辐射边界的Helmholtz模型和采用Zheleznyak积分方法计算结果接近,但计算效率更高。
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- 关键词：流注放电对流扩散方程光电离
- 采用简化球谐法快速计算流注放电光电离被引量：1
- 2015年
- 流注放电通常由流体模型描述,它由玻尔兹曼方程的矩量耦合泊松方程组成。光电离作为源项加在玻尔兹曼方程的一阶矩量即带电粒子连续性方程上。由于计算某一点的光电离需要对整个放电空间进行积分,且需要在每一仿真步长对其进行求解,导致流注仿真的计算量非常大。为提高光电离的计算速度,采用简化球谐法计算流注放电过程光电离。分析了光子在各向同性散射媒质中的辐射输运特性,推导出满足光学厚的辐射输运方程,得到了1阶简化球谐近似(SP1)和3阶简化球谐近似(SP3)的控制方程和边界条件。采用简化球谐法对高斯辐射源和双向流注放电过程光电离进行了仿真,结果表明:3组SP1方法计算效率远远高于Zheleznyak积分方法,计算精度高于3组Helmtoltz方法;采用3组SP1方法计算大气压下流注放电过程光电离足够准确。
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- 关键词：流注放电光电离
- 外部磁场对低气压氩气等离子体电子输运特性的影响被引量：5
- 2016年
- 处于外部磁场驱动下等离子体由于改变了其电子加热机制和带电粒子输运特性而具有不同动力学特性。为了研究外部磁场对电子输运特性的影响,该文采用改进的多项近似法解玻尔兹曼方程计算了Ar气体的电子输运特性。首先计算了Ar气体在交叉电磁场下的电子输运系数,发现：随着电磁场间夹角增大,z方向体漂移速度、通量漂移速度、体扩散系数、通量扩散系数、电子平均能量和反应速度均减小。接着分析了电磁场夹角对电子速度分布的影响,结果表明：随着电磁场间夹角增大,电子沿E×B方向和（E×B）×B方向呈聚集趋势;当电磁场间夹角为π/2时,电子速度分布在能量为0.3~0.6e V区间出现＂凹陷＂现象。最后讨论了磁感应强度对电子速度分布的影响,发现：当约化磁感应强度增大时,电子朝E×B方向和（E×B）×B方向运动趋势也变大;当约化磁感应强度足够大时,低能电子反而较少。
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- 关键词：玻尔兹曼方程外部磁场各向异性
- 直流和脉冲电压下绝缘沿面闪络试验系统的研制被引量：3
- 2015年
- 为了研究大气压下绝缘沿面闪络机理,研制了一套直流和脉冲电压下绝缘沿面闪络试验系统。由于沿面闪络是ns时间分辨的动态变化过程,为了使测量的暂态信号是由沿面闪络本身产生,此系统经过特殊设计,主要包括:放电室和同轴电缆采用同轴几何结构连接,阻抗匹配;电源和同轴电缆阻抗匹配。该系统放电室内外导体半径为3.6 cm和8.3 cm,施加的直流电压为±80 kV,施加的脉冲电压幅值为460 kV,上升时间为36 ns。研制的试验系统能满足4 cm间隙沿面闪络试验要求。
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- 关键词：沿面闪络特征阻抗阻抗匹配MARX发生器脉冲电压
- 基于改进的多项近似法解玻尔兹曼方程计算电子输运系数被引量：6
- 2016年
- 获得准确的电子输运和反应系数是采用流体模型准确仿真流注传播特性的前提。目前,电子输运系数主要有两种计算方法:一是用电子群实验数据进行插值;二是用两项近似方法解玻尔兹曼方程。方法一只能用在约化场强很小的场合,方法二的理论基础即各相同性假设是否成立和数据准确度尚无定论。针对以上问题,Ness等人采用了多项近似法解玻尔兹曼方程计算电子输运系数。该文主要对多项近似解玻尔兹曼方程进行两点改进:一是调整速度分布函数的展开顺序,这样能把流体尺度和非流体尺度下计算过程统一起来;二是采用高斯–克龙罗德积分代替高斯-拉盖尔积分计算碰撞积分项。最后对硬球模型和Reid非弹性碰撞模型进行了计算,结果表明:采用高斯–克龙罗德积分代替高斯–拉盖尔积分计算碰撞积分项更准确;即使在只有守恒碰撞时,电子速度分布函数仍呈现各向异性特征,采用两项近似方法计算出的电子输运系数有较大误差。
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- 关键词：流体模型玻尔兹曼方程
- 500kV紧凑型冲击高电压发生器的设计被引量：1
- 2013年
- 为了研究大气压下绝缘沿面闪络外特性,设计出一台500 kV ns量级上升沿高电压脉冲发生器。它采用正负双边充电的Marx结构,包括6个72 nF/100 kV的脉冲电容器和3个场畸变开关。为了减小回路电感,它采用紧凑型结构。计算和仿真结果表明,当充电电压为80 kV时,开路输出高压脉冲幅值为460 kV,上升时间约为11 ns,满足沿面放电实验要求。
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- 关键词：MARX发生器场畸变开关沿面闪络
- 吸附对电子输运特性的影响被引量：4
- 2016年
- 电力工程上常见气体如SF6和空气等均是电负性气体,吸附是其流注放电过程中一个非常重要的碰撞过程。为了研究吸附对电子输运特性的影响,该文采用多项近似法解玻尔兹曼方程计算了模型电负性气体和真实电负性气体SF_6的电子输运特性。首先采用O_2简化模型分析了自由参数v_(max)、lmax和Tb对计算结果收敛性的影响,发现:当Tb取值为T_b(opt)时,电子速度分布函数展开所需的拉盖尔多项式阶数v_(max)最小;一般地,在l_(max)增加到3时,所有输运系数能达到4位数字精度。接着利用改进的Dujko电子吸附模型计算了不同吸附频率下的电子输运系数,结果表明:随着吸附截面的增大,吸附系数逐渐增大,体漂移速度、体扩散系数和平均能量逐渐减小;电子在低能区吸附频率越高,电子平均能量和体漂移速度越小。最后对真实气体SF_6的电子输运特性进行计算,得到了电子通量漂移速度、体漂移速度、电子平均能量、反应速度、通量扩散系数和体扩散系数,并与实验结果比较,验证了多项近似法解玻尔兹曼方程计算电负性气体输运系数的合理性,指出了在约化场强较小时实验测量电负性气体输运系数的不足。
- 蔡新景王新新邹晓兵鲁志伟
- 关键词：玻尔兹曼方程电离电负性
- 不同湿度下空气的流注放电特性被引量：12
- 2015年
- 目前流注放电过程的相关研究主要是针对氮气和空气流注放电过程进行的数值模拟研究。实际的输变电工程间隙的空气中不可避免含有一定量水分子,为研究湿度对空气中的流注放电过程的影响,采用流体模型仿真了干燥空气和分别含80 Pa、400 Pa、1 867 Pa水蒸气的空气的双向流注传播过程,光电离作为源项加在流体模型上。水蒸气对光电离的影响主要有2方面:一是吸收函数;二是发射光强。仿真结果表明:不同空气湿度下正、负流注头部电子数密度均为1.6×1014 cm-3和0.7×1014 cm-3,平均传播速度均约为1.5×108 cm/s,流注头部半径约为0.4 mm;不同空气湿度下,若光电离强度均达到1021 cm-3·s-1量级能够提供足够多的种子电子,则湿度对流注传播特性影响不大,其主要原因是不同湿度下的电子输运系数和反应系数差别很小。
- 蔡新景王凯奇王新新邹晓兵鲁志伟
- 关键词：流注放电光电离辐射跃迁
- 大气压下不同气体的流注放电特性被引量：7
- 2015年
- 大气压下气体放电通常表现为丝状放电形式。流注或先导放电是其气体击穿的起始阶段,相对于低气压下暗放电或辉光放电具有更复杂的演化特性。为了研究不同气体的流注传播特性,采用流体模型对1 cm平板电极中大气压下氮气、氧气,以及氮气混合20%、1%和0.01%氧气的双向流注传播过程进行了仿真计算。光电离作为源项加在流体模型中,在数值仿真时采用解多组Helmholtz方程代替Zheleznyak积分计算。仿真结果表明:氧气含量较低时,流注会出现分叉现象;氧气中流注发展速度较快;氧气中正流注通道半径较大。
- 蔡新景王新新邹晓兵孙悦鲁志伟
- 关键词：流注放电光电离
