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《华中科技大学》 2018年
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高效带电粒子发生装置的分析设计与优化

许浩珲  
【摘要】:水分子为极性分子,在气溶胶增长的过程中,小气溶胶分子会吸附带电粒子而充电,当温度、湿度达到要求时,在电场的作用下,空气中的水分子会与小气溶胶颗粒碰撞结合,最终形成一定规模的水滴并落下形成降雨。基于该原理的带电粒子催化人工降雨雪技术作为近年来一项新型的人工降雨雪催化技术,正受到越来越多的关注。而带电粒子正是用于吸附空气中水分子的凝结核,带电粒子浓度越高,产生的局部电场越强,聚合形成水滴、产生降雨的概率越大。产生带电粒子就需要高效的带电粒子发生装置。电晕放电利用曲率半径较小的电极附近极高的场强使得空气电离产生带电粒子,利用电晕放电产生稳定的粒子源是目前比较可靠、有效的获取带电粒子的手段。本文在“天水工程”项目背景下,详细的介绍了正、负电晕放电的原理并给出了常温常压下空气中线筒结构直流电晕放电的简化了化学反应过程但不失准确性的基于流体-化学反应模型的仿真模型;详细分析了常见的电晕放电结构,并对多种结构通过原理分析、仿真分析进行对比,选择了线线式电极结构作为带电粒子发生装置的基本结构。基于peek经验公式以及Kaptsov理论等原理引入简化模型,通过对静电场和电流连续性偏微分方程的联合仿真,解决了长期以来线线电极结构电晕放电在较大尺寸背景下难以求解的问题。并使用该仿真方法结合实验手段深入分析了线线电极结构的线径、同极性线间距、异极性线间距、放电电压、电极线数量、温度等变量对放电参数的影响,提出了线线电极结构的优化方法,并给出了具体的优化方案。最后通过在湖南省长沙市长沙县国家电网防灾减灾重点实验室大型人工气候室进行了人工降雨实验,成功验证了由本文方法设计的带电粒子发生装置的可行性与高效性。
【学位授予单位】:华中科技大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2018
【分类号】:O461.2;P481

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