空气放电离子风特性的研究

空气放电离子风技术在能源、环境、材料、军事等领域具有广阔的应用前景,采用粒子图像测速(particle image velocimetry, PIV)粒子测速系统得到了空气中尖–板电极放电产生的离子风速度场的图像,研究了相同电压等级正、负极性直流和工频交流电源下的离子风速度特性和流场分布情况并用离子碰撞、电流体动力学(electrohydrodynamic,EHD)顺电效应以及流体动力学相关理论进行了分析。最后采用红外热像仪测得了离子风对于发热体强化传热的作用,分析了离子风作用下发热体的温度分布特性。     

电极结构对离子风特性的影响及应用研究

为探讨电极结构对空气放电离子风特性的影响,我们设计了一种离子风发生器,通过改变电极形式、电极距离、放电间距等结构参数对离子风特性进行研究。我们还以大功率LED芯片为散热对象,对离子风发生器进行散热应用试验。试验结果表明:放电电极选用针电极时的最佳布置形式为1×11阵列,选用线电极时的最佳布置形式为电极距离1 cm;在相同条件下,网状接地极比孔板式接地极能获得更大的离子风速,其中20目网电极可以实现对发热物体最大幅度的降温,其离子风速可达到1.79 m/s。     

高压直流电场对豆腐干燥的实验研究及机理分析

为了探索高压电场干燥机理,优化干燥工艺,提高干燥效率,通过采用针电极、线电极和板电极在不同的电压下对豆腐进行了干燥速度对比实验,同时进行了针电极下豆腐加玻璃罩与不加罩的干燥速度对比实验和线电极下电极间距、线间距对干燥速度的影响实验及豆腐的高压电场预处理实验。实验结果表明:采用板电极干燥效果不明显,而采用线电极和针电极能获得较大的干燥速度,加玻璃罩后豆腐的干燥速度远低于未加罩豆腐,上下电极间距和线间距也都对干燥速度有一定影响,高压电场预处理并不能提高豆腐的干燥速度,最后分析了高压电场干燥机理,认为离子风对被干燥物料的冲击作用是导致其干燥速度增加的主要原因。     

交直流复合电压下棒-板电极起晕电压实验分析

为了获得复合电压作用下电极的起晕特性,在室内搭建了复合电压下无锈棒-板电极起晕特性实验平台,采用串联的复合加压方式,即一个电极上施加直流电压,另一个电极上施加交流电压,以紫外光子计数的突变作为电晕起始判据,获得了直流和交流复合电压下的电极起晕特性。同时对比了不同直流电压极性、电极加压方式和不同复合电压升压方式下电极起晕电压的特点,探究复合电压下棒电极半径和棒板间隙对电极起晕电压的影响。实验结果表明:在相同的大气条件及电极布置下,由于空间电荷影响,棒电极正直流、板电极交流加压方式下的起晕电压比棒电极交流、板电极正直流加压方式下的起晕电压高;在棒-板气隙间距0~5cm范围内,定直变交复合升压方式下,交直流分量有效值叠加后的起晕电压随着直流分量的增加而升高,定交变直方式下,该值随着交流分量的增加而下降,且交直流分量间互为线性关系。本文的研究成果可以为进一步研究复合电压作用下电极的电晕机理及起晕电压的准确预测奠定坚实基础。     

针–板电极负电晕放电下离子分布状态的影响因素

为研究电晕放电过程中影响离子分布的因素,用针-板电极电晕放电装置,通过改变放电空间的大小,测量了不同放电电压下接地极板不同区域的电流分布。并通过电场模拟及离子风流场模拟,分析了负电晕放电过程中电场强度、离子风、空间离子之间相互作用的关系。结果表明:在针-板电电极晕放电过程中,空间离子的运动状态与放电电场强度和离子风流场分布相互干扰,最终形成离子在电场中的分布状态;放电电场强度是影响离子运动轨迹的主导因素,但是随着电场强度的减弱,离子风流场逐渐形成,离子风将携带部分离子运动,因此,此时离子风的流场形式是影响离子运动状态的主要因素。通过对离子在电场中的运动状态分析,为解决放电场中离子与电场中物质相互作用提供了理论支持。     

采用高压脉冲电场技术的食品处理装置电极设备电化学腐蚀

在用高压脉冲电场(pulsed electric field,PEF)技术处理食品的过程中,脉冲电流通过电极-液体表面,引起电化学反应,导致电极腐蚀,从而影响到食品安全和设备运行。利用加速腐蚀实验研究了高压脉冲电场作用下的电极腐蚀规律,重点考察了不同电压幅值、脉宽和溶液电导率对电极腐蚀的影响;测试了溶液中电极材料钛离子质量浓度,以定量表征电极腐蚀程度;得到了腐蚀速度随时间的变化关系曲线。结果表明:PEF作用下电极腐蚀特性可以用传统电路模型来解释;随着电场强度由16.7 kV/cm逐步升至41.7 kV/cm、脉宽由5μs逐步升至20μs,溶液电导率由1μS/cm逐步升至600μS/cm,腐蚀会逐渐加剧,钛离子质量浓度分别由0.466μg/L至2.085μg/L、由0.4μg/L至4.855μg/L和由0.8μg/L至43.4μg/L依次上升;腐蚀由电极表面边缘倒角部分开始逐步向中心区域发展;腐蚀后电极在空气中放置氧化一段时间可使加电时腐蚀速度减慢。最后通过研究电极腐蚀规律提出了抑制或者减少腐蚀的措施。     

离子风激励器对平板型热源强化对流散热特性的实验研究

空气电晕离子风强化散热技术是一种具有突破性的静态散热技术,并作为新一代散热方式受到国内外热管理领域的广泛关注。为将多电极离子风激励器推向工程实际,探寻多电极离子风激励器的散热变化规律,该文通过实验对比研究了四类典型的离子风激励器对平板型热源的散热特性,详细分析了不同类型激励器散热特性变化规律,为实际激励器系统的选择提供了依据和参考。实验表明:四类离子风激励器散热特性随极间间距的变化规律受高压电极形式的影响较小,起确定性作用的是地电极的形式。四类离子风激励器强化传热系数随输入功率的增加而增大,且都与电晕电流的1/4次方成线性关系,但对于地电极为热源平板的结构,由于受散热空间限制,需要选择合适的极间间距。对于四种同极间间距的离子风激励器,在相同电晕电压作用下,极间间距d≤2cm,选用针–网型激励器能得到更好的散热效果;极间间距d≥3cm,选择针–板型离子风激励器散热效果更好。从功耗角度来看,针–板型离子风激励器在同强化传热系数下,功耗要普遍低于其它几种离子风激励器,因此,针–板型激励器能效更高。     

芒刺线–板式电除尘器内离子风特性研究

利用3D粒子图像测速法(particle image velocimetry,PIV)技术测定不同放电电压、不同板间距下芒刺线-板电除尘器内部离子风的特性。实验结果表明:电除尘器通道内离子风最大速度出现在距离芒刺尖端25±3mm处,且加速区内离子风速度V与距离芒刺尖端的长度L、放电电压U符合一非线性方程。对近壁区离子风速度进行分析,发现离子风的X向分速度关于芒刺线对称,最大值出现位置与Y向分速度一致,均出现在正对芒刺尖端的极板处;Z向分速度占比最大,是决定近壁区离子风速度大小的重要因素。     

基于不同电极系统的电树枝生长特性的研究

固体绝缘介质在电场应力集中处会发生树枝状放电并生成树枝状放电通道,为了研究在不同电场作用下固体绝缘介质中的电树枝特性的差异,采用实际交联聚乙烯(XLPE)电缆的短电缆电极系统,与常用的针-板电极系统分别在12、15、18、21 kV下进行电缆的树枝化实验。实验结果表明,短电缆电极系统与针-板电极系统得到的试验结果具有相同的趋势,电树枝的稠密程度随着电压的升高而增加,在相同电压下,短电缆电极系统的电树枝的发展速度比针-板电极系统慢,短电缆电极系统得到与针-板电极系统相同形态的电树枝的外施电压值要高。     

离子风与来流对平板协同散热的实验研究

研究有来流情况下线电极、针电极和针环电极对平板散热的散热效果,考察不同电极间距下,来流风速、外施电压对散热性能和能耗的影响,并对3种形式电极进行比较。实验结果表明,风速小于1.5m/s的来流与离子风同时作用时,一方面离子风能够在加热平板表面引起局部湍流,提高局部换热能力;另一方面来流将热量及时运输走,进一步增强换热,二者协同可以使换热系数达到60W/(m2·℃)以上,是自然对流散热的3.5～4.5倍。与线电极和针电极相比,针环电极结构的散热器散热效果更好,并且能耗相对更低,其原因在于针环电极的高压环能够增强放电电极到接地平板之间的体积力大小,有利于增强离子风的换热效果。     

一种“多针—网”结构的离子风特性研究

离子风在航天、环境、材料、能源和军事等领域有着广阔的应用前景。笔者依据电晕放电的原理,提出了一种"多针—网"的结构,成功实现了离子风的激发。在针电极电压为-4 310 V、网电极接地的实验条件下,该装置激发的离子风风速可达1.1 m/s。另外,笔者利用机械式法拉第筒对离子风进行了微电流检测,检测电流强度最高可达-10 nA,相比而言,加高压前的离子风装置的暗电流仅为-40 pA。实验结果表明,"多针—网"结构可以作为离子源使样品电离,并使大量的样品离子随离子风的流动而运动,完成样品离子的进样。因此,这种"多针—网"结构的离子风设计可以将传统质谱仪中的离子源和进样系统合二为一,从而简化质谱分析的过程、减小质谱仪的体积,有望在实时在线分析的便携式质谱仪中应用。     

台风风场参数对输电杆塔力学特性的影响

分析输电杆塔风荷载计算公式可知,台风风场的平均风速、风剖面指数与湍流强度是影响杆塔风荷载的主要参数,而台风在整个行进过程中,这些风场参数不断变化并共同影响输电杆塔的风荷载。为探索台风行进过程中杆塔受力变化规律,首先选取了台风卡努行进过程中5个不同时刻的风场,开展了对应的杆塔受力分析。分析结果显示,杆塔应力比与平均风速的变化规律趋于一致。而后在设计风速一致的前提下,以某大跨越杆塔为工程背景,开展了台风与常规风两类风场作用下杆塔风荷载和受力对比计算。参数分析显示,台风与常规风风剖面指数的差异对杆塔风荷载和受力影响较为显著,最有可能引发倒塔事故。最后通过分析塔材应力比沿塔身分布规律,找到了台风荷载作用下杆塔的薄弱部位,提出了补强措施,还选取了其他类型常用杆塔进行试算,对这一补强措施的适用性加以验证。     

强风作用下复合空心绝缘子的电场计算

高压断路器进出线的复合空心绝缘子主体长约8~10 m,弹性模量远小于瓷绝缘子。复合空心绝缘子在强风下会产生风偏,风偏量受风速大小和工作自身弹性模量影响。大幅风偏是否会引起复合空心绝缘子内外电场强度的畸变,劣化内外绝缘鲜有研究。由于高压复合空心绝缘子成本高,投运时间短,退运下来的样品较少。文中采用有限元分析的方法模拟强风工况,进行电场计算。针对750 kV断路器复合空心绝缘子在强风下振动的1阶模态振型,计算绝缘关键区域的电场强度,阐明风偏对接地屏蔽电极附近的电场畸变的危害最大,并给出了风速阈值。文中指出应该监测强风地区的风速、玻璃钢管的工作温度以及复合空心绝缘子的风偏量。     

风速对基于BOTDA架空导线覆冰监测有效性的影响

为了获得架空导线温度在不同气象条件下的变化特征和风速对基于分布式光纤传感技术的架空导线覆冰监测有效性的影响,本文建立了光纤复合相线覆冰的温度场三维模型,并采用了有限元方法进行求解,分析获得了光纤温度在不同的环境温度、风速和覆冰厚度下的变化规律特征;指出了覆冰段与未覆冰段光纤的温差与环境温度初始值大小无关;提供了单独考虑环境温度变化速率或覆冰厚度情况下的临界风速表达式,给出了常见范围内环境温度变化速率以及覆冰厚度下的临界风速值,基于风速值和插值方法可以得到常见范围环境温度变化速率以及覆冰厚度下比较准确的临界风速。本文对研究覆冰架空导线在不同气象条件下的温度变化特征以及风速对基于分布式光纤传感的架空导线覆冰监测有效性的影响方面有着一定的学术和工程指导价值。 关键词：架空导线;覆冰识别;光纤传感;温度场;临界风速 中图分类号：TM755     

表面式间接空冷塔内外流场的数值分析

为了研究侧风对表面式凝汽器的自然通风间接空冷系统受的影响,借助FLUET模拟软件平台,应用合理的模型,对间接空冷塔分别在5 m/s和10 m/s不同的风速下进行模拟。计算结果表明,当风速为5 m/s时,塔内换热较为良好,塔内左右侧压力分布比较均匀。当风速增加到10 m/s时,产生了明显的回流,热空气离开塔的上升速度降低,塔内抽力明显降低。因此对空冷塔的换热造成了影响。数值模拟结果可作为间接空冷塔的优化设计的依据。     

基于上流有限元法对高压直流输电线路下合成电场的研究

高压直流输电线路产生的地面合成电场和离子流密度是设计和建设输电线路时应考虑的2个主要电磁环境指标。为预测高压直流输电线路的电磁环境问题,基于上流有限元法开发了相应的分析预测软件。同轴圆柱结构的解析解和实验线路的测量数据验证了该方法的有效性。最后,分析了双极线路情况下线路高度、极间距和表面状况以及单极情况下风速对地面合成场强和离子流密度的影响,这些结果对设计高压直流输电线路具有一定的指导意义。     

现代水平轴三叶片风力发电机转速控制的优化

提供一种选择适合项目风况下的风力机,并找到风力机运行在最佳性能的方法,通过此方法提高风能的利用效率,实现风电厂投资收益最大化。通过研究风力机发电机转速、风速、最佳叶尖速比和发电机功率之间的关系,使用实际运行数据推算在运风机最佳叶尖速比,找到使风力机运行在该最佳叶尖速比的发电机转速-功率控制曲线。使用该曲线对风力机的发电机转速控制器进行优化,从而使风力机在更宽的发电机转速范围内,运行在最佳叶尖速比下,获取最大风能。使用该方法,结合真实风力发电厂案例,通过对在运机组的运行数据的分析,优化其发电机转速控制策略,最终达到了提升风力机发电量的目的,验证了该方法的可行性。该方法也可作为对风力机选型评估的参考。     

导流装置对直接空冷单元流场特性影响的数值模拟

横向风会造成直接空冷凝汽器换热效果严重恶化,横向风对直接空冷凝汽器换热效果影响的问题亟待解决。在1000 MW直接空冷机组凝汽器的典型结构上,建立带有导流叶片装置的直接空冷凝汽器三维流动模型,利用CFD模拟不同速度的横向风条件下直接空冷单元A字型内部的空气流场。研究表明:在横向风条件下空冷单元A字型内部会产生回流区,随着风速增大,回流区域影响范围逐渐增大;加装外导流装置可以减小横向风的影响,增加风机进风量,提高空冷单元的换热效率。     

基于LSTM的风矢量预测方法

从特征工程角度对风速与风向间的相关性进行分析,结果表明,风速与风向包含的特征信息不同,可以同时将其作为输入变量,用于训练模型。该结果也为输入变量时间长度的选择提供了依据。将风速分解为东西及南北方向2个正交的一维变量,以防止多维变量增加方法复杂度。采用长短时记忆神经网络(LSTM)分别对2个方向风速训练预测模型,并将预测结果还原为风速与风向预测数据。实验结果表明,所提方法能够更好地捕捉风速与风向中的信息量,在风速与风向的预测误差分别小于1.0 m/s和5°时,预测准确率可达到90%以上。