气体放电工业manuscripts versionSF6过程中微观粒子输运参数计算

：SF6；气体放电；离子电输运；多物理场仿:SF6;Gasdischarge;Iontransportation;Multiphysics 第1章绪 课题背景及研究意 研究背 研究意 国内外研究现 主要内容及安 第2章SF6气体放电的基本原理和理论模 基于泊松方程的电场有限元理 泊松方程及其适用范 电场的泊松方程描述极其边界条 电场高斯定理极其在SF6气体放电理论中的应 基于系数型偏微分方程的离子输运理 SF6气体电离过程的方程描 离子的产生过程的方程描 离子扩散过程的方程描 离子的对流过程的方程描 离子的吸收过程的方程描 离子的复合过程的方程描 SF6气体电离过程的简化模 第3章基于有限元方法的高压绝缘子电场分 参数设 绝缘子的几何模 网格剖 边界条件的设 求解器设置及结果分 稳态求解器的设 电势分 电场分 电场能量归一化分 电极的几何形状对电场分布的影 第4章基于系数型偏微分方程的离子输运稳态过程FEM分 离子输运方程的参数设 主要边界条件分 求解器设置及结果分 正离子空间分布及其输运规 负离子空间分布及其输运规 正负离子浓度差的空间分布规 电离过程对电场和电势分布的影 第5章SF6流注放电的电场离子迁移耦合瞬态过程分 流注放电过程的瞬态方程描 主要边界条件分 求解器设置及结果分 离子浓度描述下的击穿过程的讨 第6章结 电离过程的空间离子浓度分布在一定范围内正比于电极电 参考文 . 1课题背景及研究意电能是与国民生产生活关的一种能源，随着经济的发展，国民经济价的，比如高压输电线路相与相之间的导线就是空气间隔绝缘起来的。与SF6，纯净的六氟化硫气2.5100倍以上。在研究SF6SF6SF6，纯净的六氟化硫气2.5100倍以上。在研究SF6气体放电过程中，我们发现SF6气体分子放电的复杂性如大分子组国内外研究现1672年，GottfridWilhelm在成功的观察到了人工制造的电火花现象，随后气体放电现象的研究快速开展起来[6]1889定律说明气体的击穿电压与压强和距离的乘积存在着函数关系。1903年，Townsend提出了碰撞电离理论，首次用微观的粒子变化完美的节食了气体的宏观放电变化[7]1939Raether提出了流注放电理论，该理论弥补了Townsend理论的不足[8]。上述这些关于气体放电方面的理论为气体放电现象Meek总结了签认气体放电研究成果，运用数学方法对应用不同方法求解气体放电方程产生了浓厚的。1977年，DavieYoshida建立了平板电极间的二维放电模型，二维柱坐标下的气体放电模拟可以很好的节食放电过程的三现象。[13]1981年，MorrowLowke首次将FCT法应用到气体放电领域，分析了1987年，R.MorrowSF6气体流注放电过程以及流注等离子体通道的特SF6气体的放电方程进行了一维仿真研究，细致的分析了各1988年，C．Wu和E.E.Kunhardt研究了SF6/N21998年C.WuE.E.Kunhardt对N2/SF62000年，大学Metaxas首次采用有限元-通量校正传输法（finite同年（2000年），A.A.Kulikovsky建立了三维光致电离模型，对空气和氮2003年，S.V.PancheshnyiA.YuStrarikovskii完成了长间隙的正流注放2008年，胡建林等采用有限元弱形式对棒-板长空气间隙先导电进行研究；目前，在国内外学者的共同努力下，对SF6气体放电机理研究取得了显著成果，但仍然不够完善，因此，本文就将构建SF6气体放电模型，运用有限元（1）粒子间的碰撞反中心位置，六个氟原子将其围绕（1）。[19]1：SF62s和pSF6，但是由于原子半径大，电负性小，所以其总的稳定性并不如SF6。1：六氟化硫通用的电子碰撞方程式电量附着/eSF(SF)*SF eSF(SF)*SF eSF(SF)*SFF eSF(SF)*eSFF eSF(SF)*eS6F eSF(SF)*2eSFF eSF(SF)*2eSF2F eSF(SF)*2eSF3F eSF(SF)*2eSF5F (SF)*eSFF 碰撞时，“附着”过程会产生一个稳定的SF6负离子；而“离解附着”则会伴随有SF6（如比如五氟化硫离子SF6-和SF5-以外，还会产生其他负离子，特别是负的氟离子F-，但是，也不能排除其他络合物的形成。我们就将研究SF6气体放电过程中这些微观粒子的输运参在研究SF6气体电子崩发展过程中，主要有涉及到的微观粒子有电子、正离子和负离子，它们通过不同的碰撞过程及电极过程产生和，SF6气体碰2SF6eSF(SF)*2eSFF eSF(SF)*2eSF2F

eSF(SF)*2eSF3F 6eSF6(SF)*2eSF5F65(SF6)*e F5部能量守恒，本文考虑的SF6气体中的弹性碰撞过程为动量传递过程，碰撞发子，碰撞方程e+SF6→SF6+e分子发生电离碰撞时的阈值将降低，本文中考虑的主要两种反应为振动激发其中振动激发的电子能量阈值为0.095eV电子激发电子能量阈值为9.8eV一电离和电离两种，电离是SF6分子电离的主要方式，本文中主要考虑3种形式的电离，反应方程如式: 15.9eV、18.7eV20.3eV，离解产物分SF+、F+ e+SF→SF 5对于SF6气体，本文考虑了两种吸附过程，第一种生成产物为SF，碰撞阈值为“0”，第二种生成产物为F2.19eV，反应方程:5 e+SF→SF- e+SF→F- (2)SF6气体放电时各微观粒子的产生、运动以及的过程最终形成贯穿两极的导电通道。假设这个过程中产生的SF6

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nvn产生的电子；Sp为光电离引起的正离子数密度增加值；α、β、ηDe分别表示电离、复合、附着以及扩散系数，他们是电场强度与SF6分子数密度的函

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(2-主要内容及安comsolmultiphysicscomsol软件对镍钛合金周围的温度场进行模拟,为进一步应力场的模2SF6基于泊松方程的电场有限元Inmathematics,Poisson'sequationisapartialdifferentialequationofelliptictypewithbroadutilityinelectrostatics,mechanicalengineeringandtheoreticalphysics.Itisused,forinstance,todescribethepotentialenergyfieldcausedbyagivenchargeormassdensitydistribution.TheequationisnamedaftertheFrenchmathematician,geometer,andphysicistSiméonDenisPoisson.[1]OneofthecornerstonesofelectrostaticsissettingupandsolvingproblemsdescribedbythePoissonequation.SolvingthePoissonequationamountstofindingtheelectricpotentialφforagivenchargedistribution.ThemathematicaldetailsbehindPoisson'sequationinelectrostaticsareasfollows(SIunitsareusedratherthanGaussianunits,whicharealsofrequentlyusedinelectromagnetism).StartingwithGauss'slawforelectricity(alsooneofMaxwell'sequations)indifferentialform,wehave:whereisthedivergenceoperator,D=electricdiscementfield,andρf=chargedensity(describingchargesbroughtfromoutside).Assumingthemediumislinear,isotropic,andhomogeneous(seepolarizationdensity),wehavetheconstitutiveequation:whereε=permittivityofthemediumandE=electricfield.SubstitutingthisintoGauss'slawandassumingεisspatiallyconstantintheregionofinterest电 定理极其在SF6气体放电理论中的应基于系数型偏微分方程的离子输运理最终形成贯穿两极的导电通道。假设这个过程中产生的和离子束都是流描述SF6的过程。

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pvp3几何模型定义及参数设在本章的研究中，使用两个COMSOL中内嵌的Cylinder几何实体分别建立放在空气中合金和放在液氮中的合金通过Union操作使得物理量在界GloblDinitionPrmetr定义圆柱形样品长度，半径以及浸入液氮中的深度H，具体参数如表4-1所示；然后，通过GometryngthUnit指定几何模型的长度单位为mmometricylindr（其参数如表1所示指定圆柱轴向方向沿全局坐标系的x轴；接着，通过ometricuildllObjtsnion操作建立组件类型的几何体从而确保物理量和网格划分在边界处连续。4-1RLH4-1所示，在图中可以看12的液氮端几何体。网格剖界条件)，代替实际作用于系统上的外载荷(或边界条件)Tetrahedral,Tetrahedral-Size。两个关键操作步骤分别用于指定网格剖分单0.5R边界条件及求解器设求解器设置及结果3.4.55SF6扰动条件下的瞬态热应力分析是指由于对合金的自由端施加时变位移基于COMSOLMultiphysics的扰动条件下的瞬态热应力分析是通过使用软流注放电过程的瞬态方程主要边界条件分求解器设置及结果6电极形状的几何曲率越高，尖端放电效果越电离过程的空间离子浓度分布在一定范围内正比于电极压流注放电过程粒子浓度的击穿时间与电极电压之间的关 毕业了回首这四年沈阳工业大学给了我太多从青涩自己一步步成熟， ，一次次修改，尽管最终并