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正弦交流电压驱动低气压CO_(2)放电特性的对比:DBD结构与裸电极结构

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物理学报 2022年第11期71卷 277-292页

作者：付强王聪王语菲常正实西安交通大学电气工程学院西安710049 国网山东省电力公司临沂供电公司临沂276000

火星大气富含CO_(2)(~95%),对其原位利用具有重要的科学和经济价值.高压放电转化CO_(2)具有绿色环保、可控程度高、使用寿命长等优势,在火星CO_(2)资源原位转化利用方面具有应用潜力.本文模拟火星低气压条件下CO_(2)氛围,针对kHz交流电... 详细信息

火星大气富含CO_(2)(~95%),对其原位利用具有重要的科学和经济价值.高压放电转化CO_(2)具有绿色环保、可控程度高、使用寿命长等优势,在火星CO_(2)资源原位转化利用方面具有应用潜力.本文模拟火星低气压条件下CO_(2)氛围,针对kHz交流电压驱动两种典型电极结构(有/无阻挡介质)的放电特性开展对比实验研究,并辅以数值仿真分析两种电极结构下CO_(2)放电产物及其转化途径.结果表明,引入阻挡介质后,由于介质表面累积电荷和空间电荷畸变电场导致放电从半周期单次放电转变为多脉冲放电,不同放电脉冲对应的放电通道随机产生.主要放电产物中,CO依赖阴极位降区边界处电子与CO_(2)附着分解反应产生,O_(2)大部分产生于瞬时阳极表面或瞬时阳极侧介质表面电子与CO_(2)^(+)复合分解反应.进一步发现,介质引入不改变二者产生位置和主导反应路径,但会降低阴极位降区边界处电子密度和电子温度,使CO产量有所减少;并降低放电功率,使到达瞬时阳极表面和瞬时阳极侧介质表面的CO_(2)^(+)产额不足,生成O_(2)减少.

关键词：低气压CO_(2) 放电特性放电产物反应路径

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霍尔推力器放电通道低频振荡特性及抑制方法

物理学报 2023年第17期72卷 233-242页

作者：陈龙王迪雅陈俊宇段萍杨叶慧檀聪琦大连海事大学理学院大连116026

霍尔推力器放电通道低频振荡是影响其性能和稳定性的重要物理现象.本文通过一维流体模型数值研究了霍尔推力器放电电流低频振荡特性及其抑制方法.假设放电通道内满足准中性条件,考虑电子与中性气体碰撞、电子反常传导及电子与壁面碰撞... 详细信息

霍尔推力器放电通道低频振荡是影响其性能和稳定性的重要物理现象.本文通过一维流体模型数值研究了霍尔推力器放电电流低频振荡特性及其抑制方法.假设放电通道内满足准中性条件,考虑电子与中性气体碰撞、电子反常传导及电子与壁面碰撞频率对电导率的影响,研究了等离子体参数的变化以及磁场、放电电压、原子速度和预电离率对放电电流振荡的幅值及频率的影响.结果表明,在典型工况下,放电通道内电流出现频率约为40 kHz的稳定周期性振荡;随着通道内部磁场强度的增大,电流振荡频率减小,放电电流振幅在较高的磁场强度下随着电压的升高逐渐降低;当预电离率升至4%以上时,电流振幅随电压的升高逐渐降低;通过降低原子速度,升高预电离率,可达到部分或完全抑制电流振荡的效果.模拟结果表明,通过提高通道磁场强度、降低放电电压、提高工质预电离率和调整进气方式以降低原子轴向速度等方式,可有效减弱或完全抑制放电电流的低频振荡.

关键词：低频振荡流体模拟放电特性预电离率

高压电极覆盖介质对气泡放电特性及等离子体-液体相互作用的影响

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高电压技术 2023年第8期49卷 3305-3314页

作者：卢旭吴双王森方志南京工业大学电气工程与控制科学学院南京211816

气泡放电能够实现高效的等离子体–液体相互作用,在能源环境、生物医学等领域有着广阔的应用前景。电极结构是决定气泡放电等离子体–液体相互作用效率的关键。增设介质层作为调整电极结构的方式之一,是介质阻挡放电等气相放电中常用的... 详细信息

气泡放电能够实现高效的等离子体–液体相互作用,在能源环境、生物医学等领域有着广阔的应用前景。电极结构是决定气泡放电等离子体–液体相互作用效率的关键。增设介质层作为调整电极结构的方式之一,是介质阻挡放电等气相放电中常用的调控放电的手段;但在体系更加复杂、干扰因素更多的气泡放电中,有关介质层对放电特性及等离子体–液体相互作用的影响尚不明确。为此探究了高压电极覆盖介质对气泡放电特性及等离子体–液体相互作用的影响。结果表明,单介质结构中是中间区域丝状放电和尖端区域火花状放电的混合模式放电;而高压电极覆盖介质的双介质结构中是弥散放电。覆盖介质削弱了极性效应但促进了记忆电荷的积累;放电形貌的差异是电场和流场共同作用的结果。在等离子体活性更高的前提下,单介质结构更大的放电–溶液接触面积进一步提高了等离子体–液体相互作用效率,产生的过氧化氢质量浓度达到了32.0 mg/L,远大于双介质结构的0.9 mg/L。更多活性粒子的产生及放电过程中更强的物理化学效应使得单介质结构中溶液性质的变化也更为显著。

关键词：气泡放电等离子体–液体相互作用覆盖介质放电特性单双介质结构

不同气体成分添加对氮气滑动弧放电模式及特性的影响

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高电压技术 2022年第9期48卷 3794-3803页

作者：陈霁时亚琴梅丹华刘诗筠方志南京工业大学电气工程与控制科学学院南京211816

研究表明滑动弧放电等离子体可高效降解生物质气化焦油,而气体种类和含量是影响滑动弧焦油降解性能的重要因素。为优化滑动弧放电的运行条件参数以及为实际应用效果的提升提供支撑,通过电学和光学等检测分析手段,采集并获得了在氮气滑... 详细信息

研究表明滑动弧放电等离子体可高效降解生物质气化焦油,而气体种类和含量是影响滑动弧焦油降解性能的重要因素。为优化滑动弧放电的运行条件参数以及为实际应用效果的提升提供支撑,通过电学和光学等检测分析手段,采集并获得了在氮气滑动弧中添加不同体积分数的气体成分(二氧化碳、水蒸气和氧气)时放电的电学信号和放电图像,系统研究了不同运行条件下交流滑动弧等离子体的放电模式、伏安特性、光谱特性及电弧运动特性。研究结果表明:在氮气气氛中,滑动弧放电呈现出稳定滑动和击穿伴随滑动两种不同的模式,前者具有较大的平均放电功率和滑动周期,且能产生较大的电弧弧长和弧高;气体成分及其体积分数对放电模式具有显著的影响:HO的添加有利于电弧向稳定滑动模式发展,而CO_(2)和O_(2)的添加则使滑动弧放电表现出以击穿伴随滑动为主的模式;滑动弧放电模式直接影响其发射光谱强度,和击穿伴随滑动模式相比,稳定滑动模式下的发射光谱强度明显增强,这表明稳定滑动模式有利于产生更多的活性粒子,促进化学反应的进行;此外,在氮气滑动弧放电等离子体中引入CO和O会产生新的活性物种,如CO_(2)和O_(2)原子等,但氮气激发态活性粒子的强度会随添加气体体积分数的增大而降低,且滑动弧等离子体区域变小,放电逐渐趋于不稳定模式;而水蒸气的引入,利于电弧在气流推动下向电极下游发展和维持,获得较高的电弧弧长和弧高,由于水具有电负性,随着其体积分数的增大电场中自由电子数密度减小,电弧的发展受到抑制,电弧弧长和弧高逐渐减小,从而使等离子体范围逐渐变小。

关键词：低温等离子体刀片式滑动弧气体成分放电特性电弧运动模式

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超大功率霍尔推力器放电参数影响仿真及试验

推进技术 2023年第6期44卷 101-111页

作者：王尚民刘超郭宁刘星宇李鸿丁永杰陈新伟郭伟龙耿海李沛何非兰州空间技术物理研究所真空技术与物理重点实验室甘肃兰州730000 哈尔滨工业大学等离子体推进技术实验室黑龙江哈尔滨150001

针对超大功率霍尔推力器放电参数特性评估,开展放电电压和流量等参数变化对性能影响的仿真及试验研究,以确定推力器设计最优匹配的放电电压及放电电流工况。建立了Particle-in-Cell(PIC)数值仿真模型,并搭建了HET-450大功率霍尔推力器... 详细信息

针对超大功率霍尔推力器放电参数特性评估,开展放电电压和流量等参数变化对性能影响的仿真及试验研究,以确定推力器设计最优匹配的放电电压及放电电流工况。建立了Particle-in-Cell(PIC)数值仿真模型,并搭建了HET-450大功率霍尔推力器试验平台;针对变放电电压、变流量下推力器放电特性,仿真计算给出了放电通道内原子密度、电势以及电子温度等分布,探究了推力器电离和加速运行机理,进一步,结合试验,开展了放电电流、推力等比对分析。结果表明:放电电压从300V增加至500V过程中,电离效率逐渐提升,因而放电电流、推力以及阳极效率均递增,而继续增加放电电压则会导致过热场的产生,离子与壁面作用增强导致电离出的离子再次复合,工质利用率下降的同时壁面损失增加,宏观表现为阳极效率的下降。此外,仿真与试验所获得放电电流、推力等结果符合良好,说明建模合适;在500V,80mg/s条件下,推力达2.1N、阳极效率60%,达到设计要求,表明设计合理有效。

关键词：深空探测大功率电推进霍尔推力器性能评估放电特性

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变压器油中气泡杂质相局部放电特性研究综述

电工技术学报 2023年第10期38卷 2757-2776页

作者：张宁刘士利郝建陈厚合现代电力系统仿真控制与绿色电能新技术教育部重点实验室(东北电力大学) 吉林132012 输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室(重庆大学) 重庆400044

变压器油道中的悬浮气泡受电磁场、温度场和流场的综合作用,呈现出极其复杂的形态演变、运动规律和放电过程,严重威胁变压器油的绝缘性能,因此研究变压器油中气泡放电机制具有重要意义。目前,国内外学者已在该领域取得了大量的研究成果... 详细信息

变压器油道中的悬浮气泡受电磁场、温度场和流场的综合作用,呈现出极其复杂的形态演变、运动规律和放电过程,严重威胁变压器油的绝缘性能,因此研究变压器油中气泡放电机制具有重要意义。目前,国内外学者已在该领域取得了大量的研究成果,该文重点回顾了相关研究人员近二十年对含气泡变压器油局部放电特性的探索,以研究手段为主线,分别从理论分析、仿真模拟及试验测试三个角度对现有成果进行了系统地梳理和论述,研究内容涵盖气泡放电机理与模型、动力学行为及放电试验特性等,但总体来看,含气泡变压器油绝缘失效机制的研究仍面临诸多科学问题与挑战。在此基础上,该文结合分子模拟、多物理场耦合及数字孪生等理论和技术展望了含气泡变压器油绝缘性能的潜在研究方向。

关键词：变压器油悬浮气泡放电特性动力学行为绝缘失效

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苏通综合管廊工程特高压GIL绝缘关键技术

高电压技术 2023年第10期49卷 4046-4057页

作者：彭宗仁张鹏飞刘鹏韩先才杨保利崔博源吴泽华田汇冬王浩然西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049 中国电力科学研究院有限公司北京100192 国家电网有限公司北京100031 平高集团有限公司平顶山467001 国网经济技术研究院有限公司北京102209

气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)已广泛应用在极端环境和紧凑条件下的电力输送,GIL绝缘可靠性关系到系统运行安全稳定,是其规模化应用的基础和关键。特高压苏–通穿江输电采用GIL管廊输电方式,其距离长、电压高,绝缘结构典型,材料特性复... 详细信息

气体绝缘金属封闭输电线路(GIL)已广泛应用在极端环境和紧凑条件下的电力输送,GIL绝缘可靠性关系到系统运行安全稳定,是其规模化应用的基础和关键。特高压苏–通穿江输电采用GIL管廊输电方式,其距离长、电压高,绝缘结构典型,材料特性复杂,运行工况特殊,研发之初无可以借鉴的经验。针对特高压苏–通GIL综合管廊工程,研究掌握了GIL绝缘子用环氧复合材料电、热、力性能及其随温度的变化规律,结合固化动力学–热–力耦合仿真分析了材料工艺流程,开发了释缓界面应力、屏蔽界面缺陷的半导电界面材料,提出了材料关键性能控制指标;基于多物理场耦合仿真与复杂曲面优化设计方法,优化设计了特高压GIL盆式绝缘子结构,发明了哑铃型三支柱绝缘子,提出了苏–通GIL综合管廊基础单元绝缘子和载流结构配置方案;总结详述了GIL真型绝缘子的放电特性。通过研究解决了特高压交流GIL输电中的关键绝缘问题,掌握了特高压交流GIL的核心技术,为先进GIL输电装备自主研发提供了重要依据,为保障华东特高压交流环网可靠运行提供了有力技术支撑。

关键词：特高压气体绝缘金属封闭输电线路材料特性结构设计放电特性

经颅磁声刺激下分数阶扩展Hindmarsh-Rose神经元放电特性分析

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电子与信息学报 2022年第2期44卷 534-542页

作者：赵松刘丹罗小元袁毅河北医科大学第二医院医学影像科石家庄050000 河北中医学院中西医结合学院石家庄050000 燕山大学电气工程学院秦皇岛066004

该文基于分数阶扩展Hindmarsh-Rose(HR)神经元模型,对其在经颅磁声刺激(TMAS)影响下的放电模式和放电频率进行了分析研究。作为神经元的外部刺激输入,具有不同磁声参数的经颅磁声刺激产生的交变电流会对神经元的放电特性产生不同的影响... 详细信息

该文基于分数阶扩展Hindmarsh-Rose(HR)神经元模型,对其在经颅磁声刺激(TMAS)影响下的放电模式和放电频率进行了分析研究。作为神经元的外部刺激输入,具有不同磁声参数的经颅磁声刺激产生的交变电流会对神经元的放电特性产生不同的影响。通过对不同磁感应强度、超声强度以及超声频率下神经元的膜电位曲线以及以磁声参数为变量的峰峰间隔分岔图进行定量分析可知,分数阶扩展HR神经元模型放电模式和放电节律的调节可通过改变经颅磁声刺激的磁感应强度和超声强度来实现。然而,超声频率的改变不会对神经元放电模式产生影响,但其取值变化会在小范围内影响神经元的放电频率。此外,通过对比分数阶与整数阶神经元在不同磁声参数交变电流刺激下的放电特性可知,分数阶扩展HR神经元模型具有更多变的放电模式和更复杂的放电节律。该文的结论有利于了解经颅磁声刺激的影响机制,进而为其实验和临床应用提供理论依据。

关键词：经颅磁声刺激放电特性分数阶 Hindmarsh-Rose神经元模型混沌

机-电联合作用下SF_(6)气体中金属微粒运动行为与局部放电特性研究

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西安交通大学学报 2023年第7期57卷 74-83页

作者：宋颜峰郑中原于金山孙源张昭宇侯嘉琛王昊天韩旭涛李军浩西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049 国网天津市电力公司电力科学研究院天津300384

为探究气体绝缘金属封闭开关设备内金属微粒在机械振动和高压电场联合作用下的放电运动特性,基于机械振动与交流电压联合试验平台,对不同机-电状态下自由金属微粒运动产生的超声波信号及放电信息进行测量,分析了机-电联合作用下金属微... 详细信息

为探究气体绝缘金属封闭开关设备内金属微粒在机械振动和高压电场联合作用下的放电运动特性,基于机械振动与交流电压联合试验平台,对不同机-电状态下自由金属微粒运动产生的超声波信号及放电信息进行测量,分析了机-电联合作用下金属微粒的放电特性及运动规律。试验结果表明:随着机械振动幅值、频率的增加,金属微粒的局部放电起始电压减小,且高振动频率时微粒放电分散性降低;机-电联合作用下,放电活动更加剧烈,局部放电相位分布谱图分散性增大,超声飞行谱图整体保持三角脉冲群的典型特征,且脉冲群周期为工频周期;随着机械振动、电压幅值的升高,飞行谱图不断向前发展,产生“双峰”和“三峰”的形态。研究结果有助于气体绝缘组合开关实际运行过程中自由金属微粒的检测与分析。

关键词：气体绝缘组合开关自由金属微粒机-电共同作用放电特性运动规律