氣水混合兩相體放電現(xiàn)象及機(jī)制的理論與實驗研究.pdf

1、自然界及人們的生產(chǎn)生活中常常會觀察到混合多相體放電的一些現(xiàn)象，如雨中的雷放電，靜電除塵及靜電噴霧中的放電現(xiàn)象，脈沖放電水處理，煙氣脫硫催化劑的放電等離子體活化過程，以及雨雪或沙塵暴天氣條件下戶外高壓輸電線路的放電等方面。盡管氣體放電的理論已經(jīng)發(fā)展得較為充分，但是對混合多相體放電規(guī)律的研究才剛剛開始。本文從氣體放電的基本過程出發(fā)，分析了影響氣水混合兩相體放電發(fā)生和發(fā)展過程的幾個重要因素，初步提出了氣水混合兩相體放電的機(jī)制。氣水混合兩相體放

2、電與氣體放電的基本過程是相似的，但是幾個主要放電參數(shù)的值都將由于水滴的加入而與單純空氣中不同，從而導(dǎo)致不同的放電現(xiàn)象發(fā)生。一方面，水滴對電場的強(qiáng)烈畸變，使得局部電場加強(qiáng)的區(qū)域碰撞電離加劇，并且電子的遷移/擴(kuò)散速率也隨著電場的增強(qiáng)而加快，在局部電場加強(qiáng)的區(qū)域可能首先發(fā)生放電；另一方面，水滴的荷電效應(yīng)使得空間自由電子數(shù)目大大減少，放電現(xiàn)象減弱。因此，局部電場的畸變及荷電效應(yīng)是導(dǎo)致氣水混合兩相體與空氣放電現(xiàn)象相異的主要因素。針對局部電場的畸變

3、，建立了一種簡單有效的分類處理辦法。如果顆粒相和背景相的介電常數(shù)差異和顆粒的體積分?jǐn)?shù)都很小，即顆粒間的相互作用很弱，則可以采用完全忽略顆粒間相互作用的點(diǎn)偶極子模型;反之，則可以采用本文建立的強(qiáng)化偶極子模型，兩者的分界線可以通過點(diǎn)偶極子模型的有效使用范圍來界定。利用強(qiáng)化偶極子模型對混合體有效介電常數(shù)統(tǒng)一公式中的微擾參數(shù)a進(jìn)行了重新定義，得到一個修正的混合體公式，該公式預(yù)言的有效介電常數(shù)與數(shù)值模擬及實驗測得的結(jié)果相當(dāng)吻合，反證了強(qiáng)化偶極子模

4、型的可靠性。針對荷電效應(yīng)，在強(qiáng)化偶極子模型的基礎(chǔ)上，推導(dǎo)出計算高體積分?jǐn)?shù)顆粒電場荷電的理論公式，有效地說明了顆粒的電場荷電量及荷電速率不僅隨場強(qiáng)、顆粒粒徑和介電常數(shù)的增大而增大,還隨顆粒體積分?jǐn)?shù)的增大而增大。本文對氣水混合兩相體中棒-板電極間隙的直流放電現(xiàn)象進(jìn)行了實驗研究。結(jié)果表明，氣水混合體的電暈電流總要比空氣中的大,這主要是由于水滴對局部電場的畸變造成的。水滴及水分子的對空間電子的吸附使得電暈電流減小。遷移緩慢的正空間電荷對尖端放電

5、有重要的影響，高速運(yùn)動的水滴對正空間電荷的驅(qū)散作用使正極性的電暈電流增大，而使負(fù)極性的電暈電流減小。實驗中還研究了標(biāo)準(zhǔn)雷電沖擊下棒-板電極間隙的放電現(xiàn)象，主要就氣水混合兩相體對50﹪擊穿電壓(U50)、伏秒特性、極性效應(yīng)、放電先導(dǎo)形態(tài)以及發(fā)展速度等方面的影響作了探討。與直流放電不同的是，沖擊電壓下正空間電荷來不及積累，可以不考慮其對放電過程的影響。在過電壓倍數(shù)不是太大的情況下，正雷電沖擊下氣水混合體中間隙的擊穿時間要比同極性下空氣中的長