直流均匀场中球形金属微粒与电极碰撞的超声特性研究

GIL中金属微粒与电极碰撞时会产生超声信号,研究超声特性对微粒运动的在线监测具有重要意义。搭建了直流电压下平行板电极中球形金属微粒运动的实验平台,实验得到了不同电压、直径下铝微粒与低压极板碰撞时的超声信号,并通过编制计算机程序提取了超声信号的幅值,超声信号幅值结果表明:同等条件下,随着电压、微粒直径的增大超声信号幅值增大。基于Ansys/LS-DYNA建立了铝微粒与电极碰撞的力学模型,仿真获得了微粒与电极碰撞过程中接触力变化,仿真结果表明:碰撞过程中接触力呈先增大后减小趋势,存在最大值。最后,对接触力最大值与超声信号幅值之间的相关分析表明:接触力最大值与超声信号幅值之间成正比关系。

微粒陷阱对直流稍不均匀场中球状自由导电微粒运动的影响规律

针对气体绝缘系统（GIS）中自由导电微粒无害化研究问题,明确微粒陷阱对直流稍不均匀场中导电微粒运动的影响规律可指导后续微粒陷阱的设置。为此,建立了球状导电微粒在直流稍不均匀场中的运动方程,获得了导电微粒的运动轨迹,并将其分为水平滚动、起跳与反弹3个阶段;仿真分析了微粒陷阱宽度、深度对周围局部场强的影响,表明陷阱宽度是影响陷阱周围电场分布的主要因素;对比研究了在水平滚动和起跳两个阶段设置微粒陷阱对导电微粒的捕获效果,表明在起跳点处设置微粒陷阱可能导致导电微粒提前起跳,在水平滚动阶段设置微粒陷阱对导电微粒的捕获具有明显效果,并给出了水平滚动阶段微粒陷阱设置准则。最后,通过相关实验验证了上述结论的准确性。

直流GIL不均匀场中金属微粒运动的数值模拟及放电特性分析

明确直流气体绝缘金属封闭输电线路(gas insulated transmission line,GIL)不均匀场中金属微粒运动及其引发的间隙放电具有重要意义。建立了微粒运动的三维电-力学瞬态耦合有限元数值计算模型:基于静电场原理,获得了微粒的电荷量及电场力;结合力学方程与拉普拉斯光顺方法给出了运动的动网格模型;为抑制微粒与壁面接触时网格拓扑改变引起的计算失败,提出了虚拟接触壁面条件。对楔形平板电极中典型的微粒运动进行数值模拟,通过实验验证了计算模型的准确性。获得了微粒表面的场强畸变,并根据流注起始判据对其引发的典型间隙放电形式进行分析,结果表明:微粒向电极运动时,表面场强畸变最严重部位总是分布在靠近电极一侧的顶端;微粒紧邻高(低)压电极而与低(高)压电极的放电由微放电引起;起跳阶段与高压电极的放电可能会立即引发整个间隙击穿。

非均匀电场作用下气泡生长及运动特性

气液两相流广泛应用于化工、石油等工业生产中,电场可以有效强化相间作用。为探究电场作用下气泡的生长演化特性,本文采用显微高速数码摄像技术对气泡生长、脱离过程及运动进行可视化研究,精确捕捉了非均匀电场作用下气泡产生、脱离和运动过程的显微形貌特性,结合图像处理技术定量分析了电场强度对气泡生长时间、脱离频率、体积及运动速度的影响规律。实验结果表明电场作用改变了气泡的生长方式,显著地促进了气泡的脱离及运动。电场作用下气泡的脱离频率明显增大,相较于无电场情况下增加了几十倍,最短脱离周期可达到10ms左右。气泡脱离体积显著减小,相应的最小气泡直径为毛细管直径一半。气泡初始速度大约增加4倍,横向速度达到80mm/s左右,强化了气泡在液体中的分散性。这为荷电气液两相流工业应用提供了良好的理论基础。