电晕放电离子风实验与理论研究进展及应用发展前景

由于离子风的产生无需机械旋转部件、低功耗和低噪声等因素,其在诸多领域受到关注,特别是在强化散热、气动流体控制和推进等领域存在较大的潜在应用价值。目前,电晕放电离子风的研究已在实验测量、理论模型和应用方面都取得了一定的成果和进展;主要从上述3方面总结了国内外研究学者在电晕放电离子风的电晕放电特性、离子风流场特性和机理等研究方面获得的成果,同时提出了目前研究中存在的问题(如能量转换效率低、电晕区流场测量不完善、推力产生机理不统一等)和解决方案。另外,简要介绍了电晕放电离子风技术在散热、气动流体控制和推进3个方面的应用情况,虽然该项技术新颖且潜能巨大,但离走上工程应用仍有一段距离。     

EHD强化传热中的电晕放电与离子风

离子风在EHD强化传热中起着重要作用。笔者介绍了电晕放电对EHD强化传热影响的研究成果,指出了当前研究中存在的问题,并对以后的研究提出了建议。     

线点式电晕放电特性实验研究

目前,大气压非平衡等离子体及其源的研究局限于弱(电场)电离放电范畴,存在等离子体浓度低、能耗高和体积庞大等问题。为此,研究非均匀强电场下电晕放电特性及其离子运动规律,以便解决上述问题,成为当务之急。该实验以自制的线点式等离子体发生器为例,研究其在非均匀强电场下的电晕放电特性及离子运动规律,结果表明:使用细电晕极,更易使空气电离产生负离子;通过数据模拟,得出此线点式电晕放电空间,负离子浓度可达到1014～1015个/m3,且电压越高,越靠近电晕区,场强越大,离子输运率越高,负离子浓度越大。此装置比线板式放电装置在同一位置处单位体积内的离子浓度更高,更易集中获得荷电粒子。     

磁增强电晕放电及其对颗粒荷电的研究

介绍磁增强电晕放电的特性及其对颗粒荷电的性能.在负电晕放电中,磁场可提高极间自由电子的能量,增加带电粒子的浓度,增大放电电流.在放电极雾化负电晕放电中,磁场可显著提高微小颗粒的凝并效能.采用永久磁铁形成放电极附近较强的非均匀磁场,比均匀磁场对负电晕放电有更好的增强效果.     

窄脉冲电晕放电中流注形成和传播的数值模拟

根据等离子体流体方程提出了流注形成和传播的数学模型。利用无条件稳定的Ｆｌｕｘ－Ｃｏｒｒｅｃｔｅｄ Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ算法，就实验中的反应器和超窄脉冲电压波形，对该模型进行了数值求解，得到放电等离子体参量的时空分布并给出了流注形成和传播的物理图象。     

椭球电极负电晕放电的数值仿真研究

电晕放电的研究对深入理解高压电气设备内部各种缺陷的电晕放电机理有着重要的意义。耦合流体动力学方程和泊松方程,建立了椭球电极的负电晕放电模型,应用有限元方法分析了放电电流脉冲和正离子数密度分布,首次通过数值仿真分析了椭球电极环模式放电。研究了不同施加电压及电极形状对椭球电极负电晕放电的影响机理。结果表明,施加的电压、电极形状对椭球电极负电晕放电电流脉冲数、脉冲波形特性及放电脉冲模式等有很大的影响。     

基于脉冲电流法判断输电线电晕放电研究

对输电线电晕放电的起晕电压、电晕脉冲电流、起晕场强进行了研究。采用基于脉冲电流法判断电晕笼内单根输电线起晕电压。通过局部放电检测回路中的检测阻抗,获取电晕脉冲电流波形。当脉冲电流持续出现时,此时导线所加电压,即为电晕起始电压。根据实验得到的起始电晕电压,借助有限元法计算笼内导线表面及其附近场强,结果与通过皮克经验公式得到的较为接近,验证了脉冲电流法判断输电线路起晕电压的合理性。     

EHD喷雾电晕放电现象研究

通过水滴在电流波形中形成的明显规律性波谷来研究水滴在直流电场作用下的快慢情况、雾化场强和放电电流等 ,并对正负极性作了比较 ,研究了电水力喷雾的电晕阵列放电     

新型双极电晕放电器的放电特性

为了得到放电参数更好的电晕放电器,解决传统电晕放电器在施加单极性高压电源时只在高压电极上放电,而接地极上并不放电的情况,采用了一种新型针—针式结构的双极电晕放电器,在施加单极性高压电源时,放电器内能同时在高压电极和接地电极产生正、负两种不同极性的电晕放电。实验研究直流高压与脉冲高压下新型双极电晕放电器的伏安特性、放电现象和离子风时,在平均场强约3.4kV/cm条件下采用粒子图像测速仪(PIV)测得电场内正、负离子风的核心区风速约2m/s。与针—板式电晕放电器相比,新型双极电晕放电器的工作电压降低,而输出功率和电流密度明显提高。     

金具电晕辐射特性的实验研究

介绍了金具上电晕放电辐射电磁波极化方式和横向分布特性的实验结果。结果表明,电晕放电在地面上产生的场是干涉场,金具的电晕辐射模型可用短振子天线来等效。     

介质阻挡电晕放电特性的测量与仿真

通过实验和分析Lissajous图形,研究了线管结构的介质阻挡电晕放电,给出了放电功率及等效电容值,采用PSPICE软件对放电等效电路仿真,分析并比较了实测电流和仿真波形。研究表明,随外施电压上升,放电分别出现电晕放电以及稳定阻挡放电,放电功率密度可达数百mW/cm3。     

紫外成像技术在电晕放电检测中影响因素的试验研究

介绍了电力设备电晕放电检测中紫外成像技术的检测原理,针对紫外成像检测中的影响因素进行了理论分析,并在1 000 kV变电站电力设备电晕放电测试过程中对主要影响因素进行了试验研究。试验研究结果得到了测试距离、检测仪器增益与光子计数率间的关系曲线,对比了不同环境湿度下的紫外成像检测结果,验证了理论分析结论,对规范紫外成像技术在电力设备电晕放电检测中的应用积累了实测经验,并对紫外成像检测结果的分析评价具有一定的借鉴价值。     

脉冲电晕波过程的SIMULINK模拟计算

在分析计算线—板脉冲电晕放电衰减所必要的非线性等效参数的基础上 ,采用 MATL AB- SIMU L INK模拟仿真工具 ,建立了线—板脉冲电晕放电 SIMU L INK仿真模型。线—板反应器脉冲电晕放电波过程仿真计算得出的结果与试验比较具有较好的一致性     

尖端电晕放电辐射特性实验分析

为了更好地分析电晕放电辐射信号的特征,笔者利用尖端电晕放电模拟测试系统采集了电晕放电辐射信号数据,研究分析了信号在时域和频域的一些特性。分析结果表明,电晕放电辐射信号首脉冲的方向随放电电压的极性不同而相反,在不同极性放电电压下,放电辐射信号的时域特征差别比较明显,但频谱分布基本一致,放电能量主要集中在50～100MHz之间,频率范围主要在150MHz以下。     

Numerical Simulation of Three-Dimensional Tuft Corona and Electrohydrodynamics

The importance of high-voltage and low-current operation in the wire-duct precipitator has focused attention on collecting high-resistivity dust. The local current density of individual tufts is considerably higher even at a low average current level and therefore could contribute to both the formation of back corona in the collected-dust layer and the generation of the secondary flow. Numerical simulation for three-dimensional tuft corona is, successfully solved. The electrical characteristics of the tuft corona is investigated and the structure and role of the three-dimensional secondary flow and electrohydrodynamics in relation to transport of the fine particles is described.     

电晕放电中光谱特性的分析及实验程序设计

为了解电晕放电中光的光谱特性和通过光辐射光谱的测量分析电晕放电的规律,介绍了利用光栅单色仪、锁相放大器等设备检测交流电晕放电光谱特性的实现方法和软件设计并分析了光谱特性。所测光谱范围190.0～900.0nm,光谱峰值波长集中在200.0～400.0nm,主要有297.9、316.8、338.0、367.8、380.0nm等,属紫外光谱,分析得出特征波长上光谱峰值的大小可作为判断电晕放电强度的参考量,工程上可利用200.0～320.0nm波段内紫外光避开日光紫外线对电晕放电紫外线的干扰。     

电晕放电声发射现象的试验及分析

为了有效地进行各种放电现象的声发射检测和识别,以典型的针-板电极为基础,研究了电晕放电声发射现象,在大量试验基础上,总结了电晕放电声发射波的共性试验特征,结合气体放电理论和波动理论解释了电晕放电声发射的试验现象,引入量纲理论,分析了电晕声发射现象的影响因素。试验发现,电晕声发射波具有规则的工频周期性,在一个工频周期内,强、弱声发射波在正、负半周内交替出现;理论分析发现,在室温和标准大气压下,电晕声发射现象主要决定于电晕过程中快速释放的能量。     

高压负电晕放电雾化实验分析

为了提高微细粉尘的凝并效率,寻求雾化电晕放电的最佳雾化状态,对雾化电晕放电进行了实验研究。通过空腔式雾化电极在负高压电晕放电下的状态分析,研究影响雾化过程的各种因素,并对干式电极放电和空腔式雾化电极放电特性的差别进行探究。结果表明:在该实验条件下,液体的喷射在40kV电压前后因其雾化机理不同而表现出稳定射流和离散液滴喷射的不同雾化形式,且不受溶液体积配比及雾化电极直径的影响;在相同的电压下,雾化电极的电晕电流高于干式电极的放电电流。证明了雾化电晕放电应用于静电除尘领域的可行性,同时为进一步研究雾化电晕放电提供了参考。