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《华中科技大学》 2010年
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雷电冲击电压下两相体放电特性研究

邓鹤鸣  
【摘要】:两相体放电是指在大量液滴或固体颗粒物悬浮于气体中,以及大量气泡或固体颗粒悬浮于液体中的放电现象。两相体放电作为一种重要的放电形式,有着独特的性质。已有的领域研究仅用气体放电或液中放电的理论来近似处理两相体放电,而忽略了两相体给放电带来的影响,故所得的结论与实际情况相差甚远。 本文将两相体放电与气体放电特性的比较作为主线,集中实验研究了与电气绝缘密切相关的大气压、非均匀电场下两相体放电的特性,系统分析了两相体中非气相物质的颗粒粒径、介电常数和体积分数对两相体放电的影响。 为了更好地弄清两相体放电的特性,选择了两相体雷电冲击放电作为本文的放电形式,选用了石英砂、工业盐等物质作为固相材料,以及水作为液相材料来形成两相体,并且在同种两相体(除了烟气)中,非气相物质的成分和颗粒分布相同;开展了两相体对雷电冲击放电影响的研究工作,研制了两相体雷电冲击50%击穿电压(U50)和两相体雷电冲击放电路径的实验装置,选择了相应的实验方法并进行了相应的实验研究。为了定量分析非气相颗粒物对雷电冲击放电的影响,采用激光散射法、显微镜法等测定了21种两相体中非气相物质的颗粒粒径,采用粒子图像速度场仪、数码摄像机等间接测量了两相体中非气相物质的体积分数。 从实验角度研究了两相体中非气相物质的参数(颗粒粒径、体积分数和介电常数)对两相体雷电冲击放电的影响,发现了两相体的击穿电压和路径选择存在颗粒粒径的影响远大于颗粒物材料影响的“粒径效应”:非气相物质的颗粒粒径小于10μm,放电路径都基本选择空气,击穿电压高于空气的击穿电压;颗粒粒径大于100μm,放电路径选择两相体的概率大于50%,击穿电压也低于空气的击穿电压;颗粒粒径大约介于10μm和100μm之间,放电路径表现出明显的极性差异,负极性时,放电路径选择两相体的概率大于50%,击穿电压低于空气的击穿电压,但正极性时,放电路径选择空气的概率高于选择两相体的概率,击穿电压高于空气的击穿电压;即使介电常数和体积分数固定,也会发生反转的变化。两相体中的击穿电压和放电路径选择两相体的概率随着介电常数和体积分数变化,但在相同颗粒粒径范围内选择概率不发生反转的变化。 对两相体雷电冲击放电特性进行了机理分析,首先分析了非气相物质颗粒对电场的影响,然后从非气相物质颗粒的介电常数、体积分数和颗粒粒径的三方面分析了非气相物质颗粒对两相体放电的影响,分析了非气相物质颗粒的粒径影响远大于颗粒物的介电常数、体积分数影响的“粒径效应”的原因。非气相物质颗粒粒径主要影响着流注前端引发电子崩的种子电子、电子崩内的电子及流注通道内电荷、畸变电场的峰值和范围等因素,这些因素结合起来,会使放电现象在不同的粒径下发生不同的改变,即使介电常数和体积分数固定,也会发生反转的变化。因此,两相体放电中存在颗粒粒径的影响远大于颗粒物介电常数、体积分数的影响。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:O46

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【引证文献】
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