线板放电电流体的试验研究与数值模拟.pdf

2011 年 第 56 卷 第 35 期：2947 ~ 2951 《中国科学》杂志社 论 文 SCIENCE CHINA PRESS 线板放电电流体的实验研究与数值模拟 李庆, 杨振亚, 王巧艳, 刘志强, 何寿杰 河北大学静电研究所, 保定 071002 E-mail: liqing@ 2011-09-13 收稿, 2011-10-28 接受 国家自然科学基金、河北省自然科学基金(A2010000182)、河北省科技支撑计划)和河北大学博士基金 (2009-178)资助项目 摘要 为了分析不同极配形式下放电场中离子风的运动状态, 采用实验分析和数值模拟的 关键词 方法, 并结合相关电流体理论进行分析, 确立了离子风起始电压的概念; 得出了极板处离子 离子风 风速、电晕线处离子风速和放电电压之间的关系; 建立了线板式放电仿真模型, 并采用动力 离子风起始电压 风代替离子风的方法对放电通道内的离子风进行了数值模拟, 阐述了离子风速模拟值与实 伏安特性 数值模拟 测风速值、理论风速值产生误差的原因. 模拟结果显示, 电晕放电过程中离子风在放电通道 双螺旋结构 内呈双螺旋结构分布. 上述结论将对放电空间物质间相互作用的研究提供必要的理论指导. 离子风也称电风, 是电晕放电过程中特有的现 结构, 网-板电极间距为 1 cm. 在实验测量过程中, 象. 研究表明, 离子风是影响放电空间物质相互作用 风速仪的探头放置于网状电极和平板电极之间. 该 的一个重要因素[1]. 因此, 对离子风形成机理及其在 电极结构的设计既能保护风速仪, 又能更加真实地 放电区域的分布状况研究是当今空间放电研究的一 反映平板电极对离子风的反作用效果. 实验中调整 大热点[2~4]. 离子风的测量方法繁琐复杂, 离子风在 放电极与网-板接地电极的距离. 对放电极施加不同 放电通道中的分布状况使用普通实验仪器难以捕捉. 的放电电压, 并利用 Testo405-v1 风速仪及微安表测 我们曾通过实验总结出线板间距为15 cm 时, 放电极 量各种情况下电晕放电时的伏安特性及极板处的离 附近离子风速与放电电压的关系[5]. 为了进一步讨论 子风速. 实验在常温常压下进行, 环境温度为 20~ 不同极配方式下离子风速的大小, 本文通过实验与 25 ℃. 数值模拟相结合的方法分析研究了不同线板间距下 1.2 线板放电的伏安特性 接地极板附近和电晕线处离子风速与放电电压之间 的关系, 得出了不同线板间距下离子风速和放电电 调整线板间距, 测量电晕放电的伏安特性, 图 1 压之间的普遍规律, 并模拟了电晕放电过程中离子 所示为线板间距为 10, 15 和20 cm 时的伏安特性. 风在放电通道内的分布状态. 研究结果为离子风的 在不同线板间距下该装置电晕放电伏安特性的 深入研究提供了必要的实验和理论基础. 变化规律基本相似且非常稳定. 随着放电电压的升 高, 放电板极电流呈上升趋势. 因为在初始阶段放电 1 实验 电压小于起晕