高效带电粒子发生装置的分析设计与优化

发布时间：2020-05-05 10:53

【摘要】：水分子为极性分子,在气溶胶增长的过程中,小气溶胶分子会吸附带电粒子而充电,当温度、湿度达到要求时,在电场的作用下,空气中的水分子会与小气溶胶颗粒碰撞结合,最终形成一定规模的水滴并落下形成降雨。基于该原理的带电粒子催化人工降雨雪技术作为近年来一项新型的人工降雨雪催化技术,正受到越来越多的关注。而带电粒子正是用于吸附空气中水分子的凝结核,带电粒子浓度越高,产生的局部电场越强,聚合形成水滴、产生降雨的概率越大。产生带电粒子就需要高效的带电粒子发生装置。电晕放电利用曲率半径较小的电极附近极高的场强使得空气电离产生带电粒子,利用电晕放电产生稳定的粒子源是目前比较可靠、有效的获取带电粒子的手段。本文在“天水工程”项目背景下,详细的介绍了正、负电晕放电的原理并给出了常温常压下空气中线筒结构直流电晕放电的简化了化学反应过程但不失准确性的基于流体-化学反应模型的仿真模型;详细分析了常见的电晕放电结构,并对多种结构通过原理分析、仿真分析进行对比,选择了线线式电极结构作为带电粒子发生装置的基本结构。基于peek经验公式以及Kaptsov理论等原理引入简化模型,通过对静电场和电流连续性偏微分方程的联合仿真,解决了长期以来线线电极结构电晕放电在较大尺寸背景下难以求解的问题。并使用该仿真方法结合实验手段深入分析了线线电极结构的线径、同极性线间距、异极性线间距、放电电压、电极线数量、温度等变量对放电参数的影响,提出了线线电极结构的优化方法,并给出了具体的优化方案。最后通过在湖南省长沙市长沙县国家电网防灾减灾重点实验室大型人工气候室进行了人工降雨实验,成功验证了由本文方法设计的带电粒子发生装置的可行性与高效性。
【图文】：

图 2-1 正电晕放电原理图加正极性高压作为电晕电极，收集电极接低电压或接地，电射线或光致电离等激发的自由电子被很大的电场所加速，并移动，在距离电晕电极表面几百微米内的等离子体区域内与电离，产生自由电子和正离子，新产生的电子再次被库仑力，即产生了电子崩。最终以电子崩形式自持放电，等离子体负离子，且电极表面覆盖着均匀、暗淡的蓝光。时，自由电子也可以附着于负电性气体分子如 O2等形成负离可能与正离子发生复合，电子的附着和复合过程都可能降低极的区域具有足够高的平均能量来维持净电离过程的发生，的增大，平均电场能下降，附着和复合的速率增加而电离速离速率相等时，，该处即为电离区和迁移区的边界。此时，仅集电极移动，任何穿过该边界的负离子或电子都会被重新吸

图 2-2 负电晕放电原理图电晕机理，负电晕放电中负电压加为电晕电极上，收集电极电晕放电一样，负电晕的自持过程也依靠电子崩的发展，但中二次电子的主要来源为电晕电极表面的场致发射，因此，及其逸出功也可能对放电过程产生较大影响[10]。面，在负电晕放电中，电子在轰击其他中性分子时会推动某中一个重要产物就是臭氧，负电晕放电中臭氧浓度比正电晕觉上也呈现出刷状蓝紫色光[19]。h 等人利用仿真计算的方法得出结论：水分子更亲和于阴离子阳离子。而 BrodsKaya 等人通过对簇团形成的动态仿真中也在论文中提出离子极化效应对核化的影响。作者把水的极性仿真中得出，在相同的离子大小下，负离子更容易成核并使是在相同的电荷数量的情况下，负离子的效果要强于正离子
【学位授予单位】：华中科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：O461.2;P481

【参考文献】

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本文编号：2650015