局部热力学平衡态电弧等离子体的电导率计算研究

将精确计算的粒子配分函数和德拜理论的修正应用到Eindhoven微观电弧模型中,计算了电弧等离子体的粒子数密度;在此基础之上,分析了Sptizer模型的局限性,推导出了库伦对数的精确表达式,提出了一种新的电导率的模型;模拟计算了温度范围为400—50000K,不同压强(0.1、1和10MPa)条件下水中放电等离子的电导率变化;模拟结果表明:水中放电等离子体的电导率随温度的升高整体呈上升趋势;低温条件下,电导率随压强的增大而减小,而高温条件下,电导率随压强的增大而增大。

高温氮气电弧等离子体物性参数的计算分析

等离子体的宏观特性与其内部的微观过程紧密联系在一起。研究电弧等离子体不同粒子组分构成以及对组分有强烈依赖关系的热力学参数、输运参数,将为深入了解电弧等离子体的形成机理奠定微观理论基础,并为利用磁流体动力学（MHD）仿真研究电弧特性提供前提条件。假定氮气电弧等离子体处于局部热力学平衡态（LTE）,介绍了求解电弧等离子体物性参数的基本原理,采用最新的配分函数计算方法和碰撞积分参数,给出了不同气压条件下（0.01、0.1、0.3、0.5和1 MPa）、不同温度范围内（300-40 000 K）氮气电弧等离子体热力学参数与输运参数的最新计算结果,并与以往文献中的部分结果进行了对比与分析。结果表明,氮气电弧等离子体热力学参数与输运参数的计算结果与文献中较近的计算结果十分接近;微小差别的产生,主要来源于配分函数和碰撞积分的差异。

长间隙正极性先导放电通道电场计算方法

正极性长空气间隙先导放电是特高压交、直流输电工程外绝缘设计以及雷电放电物理研究关注的重点。而其中连续先导通道电场特性十分关键,现有正先导通道电场工程计算方法均基于局部热力学平衡假设,不能准确计算先导通道等离子体特性。为此,该文构建连续正先导通道电离过程计算方法,结合3.0m棒–板间隙正先导通道电流数据进行仿真计算,获取先导通道半径膨胀过程。相比Gallimberti提出的经典模型,该文模型计算得到的半径扩张过程与实验测量结果更加接近。通过开展大量仿真研究,获取先导通道内约化电场与气体温度的关系,并通过添加振动–平动动能弛豫过程配分系数以及热传导损耗项修正了能量守恒方程。由此建立适用于工程计算的先导通道电场计算模型,并与经典模型进行对比。结果表明,在操作冲击与雷电冲击电压下,该文模型计算的先导通道电场值与实验结果更为接近,显著大于经典模型结果。在工程上继续沿用经典模型,将使预测的间隙50%击穿电压偏低。所作工作对于完善长空气间隙放电击穿过程和雷电上行先导过程仿真模型具有重要的参考价值。

电弧等离子体粒子组分计算方法的研究

绝缘气体在电力开关设备中承担重要作用。研究气体分子在断路器中电弧等离子体组分对于进一步仿真研究其绝缘和灭弧性能有重要意义。基于局部热力学平衡态假设给出了计算电弧等离子体的两种方法(Gibbs自由能最小化和质量作用定律),从计算推导以及计算结果上作对比。结果表明:Gibbs自由能最小化求解等离子体组分时,需要给定等离子体中可能存在的所有粒子种类,进而求解一个优化问题;质量作用定律需要从反应机理上给出电弧物理过程中所有的化学反应过程,求解方程的解。