正极性纳秒脉冲电压下变压器油中流注放电仿真研究

建立了二维轴对称流体模型, 仿真研究了正极性纳秒脉冲电压下变压器油中针-板电极流注放电的起始与发展过程, 得到了不同的外施电压幅值、脉冲上升沿时间与电极间隙距离下油中流注放电的形貌、 电场强度与空间电荷密度分布等. 仿真结果表明: 空间电荷加强了流注头部前方电场, 使流注通道更易于向前推进, 形成"电离波"; 随着外施电压幅值升高, 流注发展的平均速度显著变大; 较陡的脉冲上升沿形成的放电半径较大, 对应的最大电场强度值变小; 随着电极间隙距离的增加, 流注发展平均速度变快. 仿真显示纳秒脉冲下放电中油温无明显升高, 表明此类放电过程没有明显的油气化现象. 我们认为, 场致电离是油中带电粒子产生的主导机制; 空间电荷效应增强流注前方电场使得电离进一步发展, 最终导致击穿. 本研究有助于加深对变压器油中放电起始、发展直至击穿过程的认识以及对液体电介质中电离机制的理解. 关键词： 变压器油 流体模型 流注放电 空间电荷效应     

纳秒脉冲下变压器油两相流注放电仿真研究

为揭示液体电介质击穿过程中形成的气体放电通道对液体电介质放电过程的影响,以针—板电极间隙变压器油为研究对象,基于等离子体流体力学模型,引入了液体电介质放电过程中气相放电通道对电离机制及自由电荷迁移率的影响,建立了用于模拟脉冲电压下液体电介质放电过程的两相流体模型,仿真研究了纳秒脉冲下针板电极流注放电的起始与发展过程。仿真结果表明:采用Heaviside方程可以在模型的不同区域同时实现气相物理过程和液相物理过程的模拟与计算。气相物理过程的引入导致流注尾部电场显著降低,流注头部电场进一步增强,使流注通道的发展速度要高于传统液相模型,有助于加深对纳秒脉冲下液体电介质中预击穿流注的起始、发展过程的认识和理解。     

介质阻挡均匀大气压氮气放电特性研究

基于一维流体力学模型，对介质阻挡均匀大气压氮气放电特性进行了数值计算研究.模型中考虑了氮气中主要的电离、激发过程，所包含的粒子种类为e，N₂，N⁺₂，N⁺₄，N₂(a¹∑^-_u)，N₂(A³∑⁺_u).模拟结果显示，氮中的放电具有低气压下汤生放电的特性.放电电流幅度较小，放电过程中气体电压变化缓慢，电子密度远低于离子密度，而且最大值出现在阳极，电子不能在放电间隙中被俘获，不存在中性等离子体区，气体中的电场趋于线性变化.亚稳态N₂(A³∑⁺_u)和N₂(a¹∑⁺_u)在整个放电空间都具有非常高的密度，比电子密度高三个量级以上，亚稳态密度的最大值出现在阳极，这样的分布决定了放电的空间结构.放电所需的种子电子主要由亚稳态之间潘宁电离提供，这种机理使放电的电离水平较低，导致氮气中的放电只能是汤生放电.随着放电参数的变化，多电流峰放电也可在氮气中获得. 关键词： 大气压均匀放电 介质阻挡放电 数值模拟 氮气     

基于飞秒激光引导高压放电的SF6分解物原位检测

气体绝缘开关设备(GIS)绝缘缺陷引发的放电会导致SF₆分解,分解产生的低氟硫化物与设备内的微量H₂O和O₂反应生成具有腐蚀性的物质,影响设备正常运行,因此,研究SF₆分解机理对GIS的安全运行具有重要意义。由于部分分解物在采样过程中发生转化,因此,实现SF₆分解物的原位检测对于研究SF₆分解机理是十分必要的。采用飞秒激光引导高压放电实现了高压放电空间和时间的精确控制,并利用飞秒激光引导高压放电产生的空间分辨光谱实现了SF₆分解物的原位测量。首先研究证明了飞秒激光不会引起SF₆的分解;其次,利用飞秒激光产生的等离子体通道实现了放电空间和时间的精确控制;最后,发现分解物中包含由于高能电子碰撞直接或间接产生的大量S和F的离子和原子。研究证明了基于飞秒激光引导高压放电可以实现SF₆分解物的原位检测,为开展高压放电下SF₆分解机理研究提供了一种新的研究手段。     

电子回旋共振放电的电离特性PIC/MCC模拟(Ⅱ)——数值模拟与结果讨论

采用粒子模拟与蒙特卡罗相结合(PIC/MCC)的方法，应用电磁模型，编写了准三维的电子回旋共振(ECR)放电电离过程的模拟程序，得到了ECR放电过程中电子与离子的相空间分布、电磁场分布.通过对这些分布随时间演化的分析，得出ECR加热发生在ω≈ω_c0且垂直于轴向的区域；ECR区域，微波能量几乎全部耦合给电子，获得能量的电子通过与中性粒子的电离碰撞产生了大量的带电粒子；随着放电的进行，大量带电粒子通过频繁的碰撞，分布由各向异性逐渐趋于各向同性. 关键词： 电子回旋共振放电 粒子模拟 蒙特卡罗 电离     

SF2自由基3d,5s里德伯态的实验确认

利用自行研制的脉冲直流放电装置产生SF₂自由基，结合共振增强多光子电离(REMPI)技术，研究了27—294nm范围内SF₂自由基(2+1)REMPI激发谱，获得了SF₂自由基3d,5s里德伯态相应的带源及被激活的对称伸缩振动模的振动频率，并估算了这些态的量子亏损值． 关键词：     

大气压氦气预电离直流辉光放电二维仿真研究

基于二维流体模型,研究了大气压下预电离对短间隙和长间隙直流辉光放电的影响.对于两种放电,随着预电离的增强,带电粒子分布沿着放电方向逐渐向阴极偏移,使得阴极位降区不断收缩.从垂直放电方向来看,正柱区、负辉区和阴极位降区的宽度都不断增大,电子、离子密度的分布更加均匀.对于电场而言,随着预电离的增强,阴极位降区电场的纵向分量分布逐渐向阴极收缩,阴极附近的电场整体降低且分布更加均匀.电场的纵向分量分布逐渐减小,同时电场区域逐渐向壁面收缩.维持电压和放电功率都明显地降低.此外,随预电离的增加,短间隙放电中的压降始终集中在阴极位降区,而在长间隙放电中的压降由阴极位降区逐渐转移至正柱区.仿真结果表明,预电离能够有效增强放电均匀性,并降低放电维持电压和能量消耗.该工作对进一步优化电极配置和等离子体源的运行参数具有重要指导意义.     

氦气空心阴极放电动力学过程的模拟研究

利用流体模型模拟研究了氦气空心阴极放电的时空动力学过程,计算得到了不同放电时刻电子和亚稳态氦原子密度、电势、电场、基态电离速率和分步电离速率等的时空分布特性。特别是讨论了亚稳态原子和分步电离对于放电的影响。结果表明,随着电流的增长,放电处于五个不同的放电模式:第一阶段电流上升非常缓慢,为汤生放电模式,带电粒子密度、亚稳态原子密度和径向电场均很弱;第二阶段电流迅速上升,放电模式由汤生放电向空心阴极放电过渡,带电粒子密度、亚稳态原子密度和径向电场迅速增强;第三阶段达到准稳态阶段,放电电流增长速度变缓,形成了明显的阴极鞘层结构;第四阶段为空心阴极效应形成阶段,向稳态阶段过渡;第五阶段为稳态放电阶段。研究结果同时表明,亚稳态氦原子和分步电离在放电的初始阶段对于放电的发展作用较弱,在前三阶段中,电子的产生以基态电离为主。随着放电的发展,由亚稳态原子引起的分步电离对新的电子产生的作用逐渐接近并超过基态电离,对总电离的贡献率越来越高。     

不同释放高度的化学物质的电离层扰动特性

在电离层释放H₂O, CO₂, H₂和SF₆等中性气体能导致释放区域电子损耗, 形成明显的人工电离层洞, 是电离层人工变态的重要而有效的手段之一. 本文在改进电离层化学物质释放三维动力学模型的基础上, 对不同释放量级的H₂O 和SF₆在不同释放高度下产生的电离层洞形态结构及其时空演化规律进行了系统对比研究, 探讨了释放高度对化学物质释放电离层扰动效果、电离层洞形态及其动力学特性等的影响, 并对其成因进行了分析. 关键词： 化学物质释放 电离层扰动 人工电离层洞 三维动力学模型     

SF6分子的10.6μm高分辨射流冷却激光吸收光谱

六氟化硫(SF₆)是一种长寿命的温室气体,其红外吸收光谱对模拟大气辐射平衡非常重要. SF₆也是研究激光分离同位素原理和技术的典型体系之一.由于SF₆分子较重,其室温下的红外光谱非常密集,给利用吸收光谱技术监测不同SF₆同位素分子的相对浓度带来很大困难.本文利用超声射流冷却和像散型多程吸收池技术,测量了32SF₆和33SF₆同位素分子在10.6μm波段的高分辨红外激光吸收光谱.处于振动基态的32SF₆和33SF₆分子在狭缝型超声射流中的转动温度约为10 K,谱线线宽约为0.0008 cm^–1.在此条件下观测到了SF₆一个新的热带,其Q支的位置在941.0 cm^–1附近.将其初步归属为32SF₆的(v1+v2+v3)–(v1+v2)带,对该热带进行简化的转动分析,并讨论利用该热带和33SF₆的v3基频带进行...     

Modeling the propagation of long, intense microwave pulses inmixtures of air and SF6

Self-consistent equations-Maxwell's equations and the electron fluid transport equations-are used to study the interaction of long, intense microwave pulses with gases. The threshold for breakdown is a factor of seven higher in SF₆ than in air. This difference is attributed to the fact that SF₆ is an insulator. When SF₆ was mixed with air, the breakdown threshold increased with the increase in the percentage of SF₆. Introducing 5-10% of SF₆ in air increased the breakdown threshold by a factor of 3-4. The electron density and conductivity and the plasma frequency increased as the pulse intensity increased. The growth rates of the electron density and conductivity were much higher in air than in SF₆     

Study of a circuit-breaker arc with self-generated flow. I. Energytransfer in the high-current phase

This study deals with the first phase of operation, corresponding to the energy transfer between arc and gas and to the pressure rise. The experimental study is devoted to measurements of current, arc voltage, and pressure variations in N₂ and SF₆. For currents of the order of 10 kA the mean measured electric field was about 32 V/cm in SF₆ and 36 V/cm in N₂. Through a bibliographical study and a modeling approach of the interruption arc, an analysis of the role of the different mechanisms of energy transfer between the arc and SF₆ was conducted. With a 10 kA pulse, about 80% of the transfer is found to be due to convection and the rest to radiation from the arc. This transfer results in an overpressure of nearly 1 bar in SF₆ and 2 bar in N₂. It appears that the operation of this type of circuit breaker is limited to high currents: for currents below 7 kA the overpressure is lower than 0.5 bar, which does not provide efficient blowing at current zero     

平行板电极边缘滑闪引起加载电压的“双峰”现象

平板电容器是电磁脉冲(EMP)模拟装置中常用的脉冲压缩器件,在平行板电极的SF₆沿面闪络实验中发现,原本前沿光滑的纳秒脉冲电压加载在平行板电极上,会在脉冲电压前沿上测得一尖峰,使加载的脉冲电压出现“双峰”现象。为探索该现象的原因,首先通过理论分析,认为该现象可能是由于平行板电极边缘发生了滑闪放电,增大了电极等效正对面积,使平行板电极的等效容值发生突变所致,容值变化越大,尖峰越明显。之后开展了不同气压下平行板电极的沿面闪络实验,并对放电过程的图像进行了拍摄,结果表明:平行板电极边缘产生的树枝状放电在低气压时主干明亮粗大,分枝较多,气压升高后,主干亮度和直径逐渐变小,分枝也越来越少;随着气压的增加,由于平行板电极边缘的滑闪放电受到抑制,平行板的等效面积变化率越来越小,尖峰出现时对应的电压幅值越来越高,且尖峰越来越不明显,与理论分析一致。     

Surface photoacoustic spectroscopy - a new technique for the study of surface vibrations

Photoacoustic studies of SF₆ adsorbed on Ag surfaces have been performed with a CO₂ laser. Simultaneous XPS measurements clearly demonstrate submonolayer surface sensitivity of photoacoustic spectroscopy under UHV conditions. The photoacoustic spectrum at 0.2 monolayer surface coverage shows a characteristic SF₆ vibrational band. Furthermore, XPS spectra exhibit fine structures indicating distinctive SF₆-Ag interactions.     

Excitation and relative differential oscillator strengths for trifluoromethyl sulphur pentafluoride, SF5CF3, in the UV–VUV region by electron energy loss spectroscopy

Electron energy loss spectroscopy (EELS) has been used to study the photo-absorption spectrum of trifluoromethyl sulphur pentafluoride (SF₅CF₃) for the first time. Comparison is made with the EELS spectrum of sulphur hexafluoride (SF₆). The photolysis of the compound is discussed with relevance to estimated lifetimes in the atmosphere. It is estimated that the lifetime of SF₅CF₃ is of the order of 1000 years.     

Study of a circuit-breaker arc with self-generated flow. III. Thepost-arc phase

For pt.II see ibid., vol.16, p.615-22, 1988. The third part of this study of a circuit-breaker arc with self-generated flow concerns the model of the post-arc phase. The greater interruption capability of SF₆ compared to N₂, already suggested in pt.II, is confirmed by the following results: amplitude and duration of the postarc current are much lower in SF₆ and the maximum value of the rate of rise of recovery voltage is about three times higher in SF₆ than in N₂. The model also predicts the existence of a plateau in post-arc current variation and the original behavior of this type of circuit-breaker: interrupting efficiency increases with the current peak in the initial phase     

脉冲HF化学激光体系中的放电模式分析

采用面阵滑闪火花预电离诱导的平行板放电结构,研究了SF6-C2H6混合气体中的脉冲放电模式,确认了不同放电条件下存在自持体放电(SSVD)和电弧放电两种模式,且两种模式可以互相转化。SSVD模式放电电流波形主要由电容电压和气压决定,气体混合比和储能电容值对其影响很小。SSVD电流峰值随电容电压增加基本线性增加,随气压增加线性减小,分析表明这一特性是因为SSVD是由多个同步电子雪崩在时空上叠加而成,属于a过程主导的电子雪崩放电。     

Anode spot plasma deposition of insulating layers on aluminum

The deposition of an insulating layer upon an aluminum plate in an argon plasma is described. The process is effected in a low-power DC discharge to which a small amount of sulfur hexafluoride (SF₆) has been added, causing the formation of anode spots at sharp metallic surfaces. The insulator is deposited in the region beneath the spot     

非匹配传输线型宽谱振荡器实验研究

设计了基于低阻形成线对非匹配传输线充电型宽谱振荡器,介绍了振荡器的工作原理。在数值模拟分析的基础上,完成了低阻形成线、非匹配传输线的结构设计。此宽谱振荡器在1 MV Marx实验平台上开展了实验研究,在主开关的间隙为14 mm、气压1.5 MPa,短路开关间隙为6 mm、气压1.0 MPa,锐化开关间隙为4 mm、气压1.1 MPa的条件下,实现了宽谱脉冲重复频率20 Hz稳定输出,中心频率达到260 MHz。采用低阻形成线对非匹配传输线充电技术,既实现了高功率宽谱振荡脉冲又提高了脉冲的中心频率。