石墨电极脉冲放电碳—氧反应效率实验研究
发布时间：2021-01-25 09:29
在脉冲功率技术的应用领域中,高能开关是其重要的组成部分,选择合适的高能开关,是构建性能完备的脉冲功率系统的重要一环。石墨型两电极气体火花开关具有优异的电气性能和热稳定性,是各种高能脉冲功率应用开关的合适选择之一。目前石墨电极开关一般采用密封的干燥压缩空气作为绝缘介质,石墨烧蚀过程要依赖于气体间隙中的氧参与化学反应,形成碳氧化物的废气。开关腔体中的氮在电弧引起的高温高能情况下,和氧形成氮氧化物,阻碍碳氧反应,进一步又会与开关附属结构件产生化学腐蚀。上述问题的存在,客观上导致大电流大能量转移时开关内的碳残留,制约了石墨电极气体开关通流能力和能量/电荷转移能力的提高。本文为了减少吉瓦-百千安大电流石墨电极气体开关导通放电后残留碳对开关绝缘性能的影响,对开关脉冲放电过程中碳氧反应的化学动力学过程进行探究,建立了相应的石墨电极开关脉冲放电的化学反应模型。利用COMSOL多物理场仿真软件对电弧局部热平衡条件下温度分布进行了仿真计算,发现电流幅值100kA条件下,第三个半波周期内等离子体温度能维持在6000K以上。另一方面,本文分析了放电过程中生成NOX的化学过程以及微熔飞溅的...
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
美国国家点火装置基础平面图
[11]。当前间隙开关的一个发展趋势是在特殊环境下满足更大的转移能量或更高的转移电荷量的应用需求。一种典型的高功率长寿命气体火花开关结构如图1.2所示。图1.2 一种高功率长寿命气体火花开关[12]表1.1给出了常见的电极材料的电特性和热特性。可以看出，在所有电极材料中，石墨的热稳定性是最好的，其升华温度高达3697℃，比热高达720 J/(kg K)，因此它有着优秀的抗烧蚀能力和抗热冲击能力。此外，石墨还具有密度低（仅为2.25g/cm3）的优点，同体积下石墨电极的质量仅为传统的铜电极的四分之一，便于运输和安装。在表1.1中，只有石墨给出的是其升华温度，石墨仅有固态和气态两相，因此，石墨还有
图 3.11 实验现场连线图0.0000 0.0003 0.0006 0.000905010015020025030036 910.5kV，158kA13.0kV，192kA15.2kV，226kA17.5kV，262kA20.0kV，300kA脉冲电流/kAt/ms0图 3.12 不同工作电压下脉冲电流波形
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向化石能源开发的电爆炸冲击波技术研究进展[J]. 张永民,邱爱慈,周海滨,刘巧珏,汤俊萍,刘美娟. 高电压技术. 2016(04)
[2]电极材料对气体火花开关静态性能的影响[J]. 罗维熙,丛培天,孙铁平,黄涛. 强激光与粒子束. 2016(01)
[3]密封腔体、大电流条件下重复频率长寿命气体开关的烧蚀特性[J]. 吴佳玮,丁卫东,韩若愚,刘云飞,周海滨,刘巧珏. 高电压技术. 2014(10)
[4]神光-Ⅲ主机装置MJ级能源系统研制现状[J]. 齐珍,陈德怀,赖贵友,郭良福,力一峥,栾永平,李冬梅,周丕璋. 强激光与粒子束. 2014(05)
[5]大功率能源模块中的石墨电极气体开关系统[J]. 俞斌,李黎,葛亚峰,鲍超斌,刘云龙,谢龙君,林福昌. 强激光与粒子束. 2014(04)
[6]不同电流下气体开关电极烧蚀特性实验研究[J]. 黄涛,罗维熙,丛培天,曾江涛,孙铁平. 强激光与粒子束. 2014(04)
[7]气相色谱-串联质谱（GC-MS/MS）的应用研究进展[J]. 陈晓水,侯宏卫,边照阳,唐纲岭,胡清源. 质谱学报. 2013(05)
[8]石墨电极烧蚀机理及实验[J]. 曾晗,林福昌,蔡礼,刘刚,李黎,余丰,齐向东. 电工技术学报. 2013(01)
[9]基于光谱分析的便携式烟气分析仪[J]. 苏小会,陈飞,徐淑萍,黎超. 仪表技术与传感器. 2012(11)
[10]石墨型高能气体开关的电极使用寿命分析[J]. 李黎,刘刚,林福昌,赖贵友,郭良福,曾晗. 中国电机工程学报. 2011(06)
博士论文
[1]大功率两电极气体火花开关的研究[D]. 曾晗.华中科技大学 2012
硕士论文
[1]基于傅里叶变换红外光谱技术的多组分气体定量分析研究[D]. 高明亮.中国科学技术大学 2010
[2]高库仑量大电流气体火花开关的工程应用研究[D]. 李涛.华中科技大学 2009
[3]空气电弧放电合成医用一氧化氮的等离子体化学动力学研究[D]. 杨旗.华中科技大学 2009
本文编号：2998991
【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：88 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
美国国家点火装置基础平面图
[11]。当前间隙开关的一个发展趋势是在特殊环境下满足更大的转移能量或更高的转移电荷量的应用需求。一种典型的高功率长寿命气体火花开关结构如图1.2所示。图1.2 一种高功率长寿命气体火花开关[12]表1.1给出了常见的电极材料的电特性和热特性。可以看出，在所有电极材料中，石墨的热稳定性是最好的，其升华温度高达3697℃，比热高达720 J/(kg K)，因此它有着优秀的抗烧蚀能力和抗热冲击能力。此外，石墨还具有密度低（仅为2.25g/cm3）的优点，同体积下石墨电极的质量仅为传统的铜电极的四分之一，便于运输和安装。在表1.1中，只有石墨给出的是其升华温度，石墨仅有固态和气态两相，因此，石墨还有
图 3.11 实验现场连线图0.0000 0.0003 0.0006 0.000905010015020025030036 910.5kV，158kA13.0kV，192kA15.2kV，226kA17.5kV，262kA20.0kV，300kA脉冲电流/kAt/ms0图 3.12 不同工作电压下脉冲电流波形
【参考文献】：
期刊论文
[1]面向化石能源开发的电爆炸冲击波技术研究进展[J]. 张永民,邱爱慈,周海滨,刘巧珏,汤俊萍,刘美娟. 高电压技术. 2016(04)
[2]电极材料对气体火花开关静态性能的影响[J]. 罗维熙,丛培天,孙铁平,黄涛. 强激光与粒子束. 2016(01)
[3]密封腔体、大电流条件下重复频率长寿命气体开关的烧蚀特性[J]. 吴佳玮,丁卫东,韩若愚,刘云飞,周海滨,刘巧珏. 高电压技术. 2014(10)
[4]神光-Ⅲ主机装置MJ级能源系统研制现状[J]. 齐珍,陈德怀,赖贵友,郭良福,力一峥,栾永平,李冬梅,周丕璋. 强激光与粒子束. 2014(05)
[5]大功率能源模块中的石墨电极气体开关系统[J]. 俞斌,李黎,葛亚峰,鲍超斌,刘云龙,谢龙君,林福昌. 强激光与粒子束. 2014(04)
[6]不同电流下气体开关电极烧蚀特性实验研究[J]. 黄涛,罗维熙,丛培天,曾江涛,孙铁平. 强激光与粒子束. 2014(04)
[7]气相色谱-串联质谱（GC-MS/MS）的应用研究进展[J]. 陈晓水,侯宏卫,边照阳,唐纲岭,胡清源. 质谱学报. 2013(05)
[8]石墨电极烧蚀机理及实验[J]. 曾晗,林福昌,蔡礼,刘刚,李黎,余丰,齐向东. 电工技术学报. 2013(01)
[9]基于光谱分析的便携式烟气分析仪[J]. 苏小会,陈飞,徐淑萍,黎超. 仪表技术与传感器. 2012(11)
[10]石墨型高能气体开关的电极使用寿命分析[J]. 李黎,刘刚,林福昌,赖贵友,郭良福,曾晗. 中国电机工程学报. 2011(06)
博士论文
[1]大功率两电极气体火花开关的研究[D]. 曾晗.华中科技大学 2012
硕士论文
[1]基于傅里叶变换红外光谱技术的多组分气体定量分析研究[D]. 高明亮.中国科学技术大学 2010
[2]高库仑量大电流气体火花开关的工程应用研究[D]. 李涛.华中科技大学 2009
[3]空气电弧放电合成医用一氧化氮的等离子体化学动力学研究[D]. 杨旗.华中科技大学 2009
本文编号：2998991
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