| 作者： | 杨长河 |
| 专业： | 高电压与绝缘技术 |
| 导师： | 李劲 |
| 授予学位： | 博士 |
| 授予学位单位： | 华中科技大学 |
| 关键词： | 气水混合两相体放电;强化偶极子模型;截波静止摄影;先导模拟;脉冲放电;气体放电 |
| 摘要： | 自然界及人们的生产生活中常常会观察到混合多相体放电的一些现象，如雨中的雷放电，静电除尘及静电喷雾中的放电现象，脉冲放电水处理，烟气脱硫催化剂的放电等离子体活化过程，以及雨雪或沙尘暴天气条件下户外高压输电线路的放电等方面。尽管气体放电的理论已经发展得较为充分，但是对混合多相体放电规律的研究才刚刚开始。本文从气体放电的基本过程出发，分析了影响气水混合两相体放电发生和发展过程的几个重要因素，初步提出了气水混合两相体放电的机制。气水混合两相体放电与气体放电的基本过程是相似的，但是几个主要放电参数的值都将由于水滴的加入而与单纯空气中不同，从而导致不同的放电现象发生。一方面，水滴对电场的强烈畸变，使得局部电场加强的区域碰撞电离加剧，并且电子的迁移/扩散速率也随着电场的增强而加快，在局部电场加强的区域可能首先发生放电；另一方面，水滴的荷电效应使得空间自由电子数目大大减少，放电现象减弱。因此，局部电场的畸变及荷电效应是导致气水混合两相体与空气放电现象相异的主要因素。针对局部电场的畸变，建立了一种简单有效的分类处理办法。如果颗粒相和背景相的介电常数差异和颗粒的体积分数都很小，即颗粒间的相互作用很弱，则可以采用完全忽略颗粒间相互作用的点偶极子模型;反之，则可以采用本文建立的强化偶极子模型，两者的分界线可以通过点偶极子模型的有效使用范围来界定。利用强化偶极子模型对混合体有效介电常数统一公式中的微扰参数a进行了重新定义，得到一个修正的混合体公式，该公式预言的有效介电常数与数值模拟及实验测得的结果相当吻合，反证了强化偶极子模型的可靠性。针对荷电效应，在强化偶极子模型的基础上，推导出计算高体积分数颗粒电场荷电的理论公式，有效地说明了颗粒的电场荷电量及荷电速率不仅随场强、颗粒粒径和介电常数的增大而增大,还随颗粒体积分数的增大而增大。本文对气水混合两相体中棒-板电极间隙的直流放电现象进行了实验研究。结果表明，气水混合体的电晕电流总要比空气中的大,这主要是由于水滴对局部电场的畸变造成的。水滴及水分子的对空间电子的吸附使得电晕电流减小。迁移缓慢的正空间电荷对尖端放电有重要的影响，高速运动的水滴对正空间电荷的驱散作用使正极性的电晕电流增大，而使负极性的电晕电流减小。实验中还研究了标准雷电冲击下棒-板电极间隙的放电现象，主要就气水混合两相体对50﹪击穿电压(U50)、伏秒特性、极性效应、放电先导形态以及发展速度等方面的影响作了探讨。与直流放电不同的是，冲击电压下正空间电荷来不及积累，可以不考虑其对放电过程的影响。在过电压倍数不是太大的情况下，正雷电冲击下气水混合体中间隙的击穿时间要比同极性下空气中的长，而负雷电冲击下结果刚好相反。对于相同的间隙距离，负雷电冲击比正雷电冲击间隙击穿的时间更长，并且更为分散；负冲击的平均伏秒特性曲线比正冲击的伏秒特性曲线要更为平缓。采用截波静止摄影法获得的放电发生、发展过程表明，气水混合两相体放电的流注分布范围比空气中的要广，分枝数大大增多。最后，根据实验得到的数据，在Badlo先导速度模型中引入混合体影响系数k3和过电压影响系数k4，建立了适用于气水混合两相体中正雷电冲击下棒-板间隙的放电工学模型。 |