气体放电理论讲稿

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1、Thermalplasmamodelling气体放电理论作业姓名：张小福院系：高压硕1006学号：M2010711558Thermalplasmamodelling5.3注射微粒和等离子体之间相互作用为等离子体和微粒之间的相对速度，定义如下：在方程中，为阻力系数，和分别为微粒的轴向和径向速度分量，为微粒直径，为微粒密度，g为重力加速度。虽然在喷射中由于很高的等离子体速率重力效应可以被忽略，但是在速率较低的等离子体边缘重力效应还是很重要的。由于在粉末周围的薄层中，温度梯度很大，流动性不能被假设成常量。其平均值可以这样定义：式中T表示等离子体温度，为粒子温度，为等离子体特性，如ρ，u、k。

2、粒子的雷诺数定义如下：对于球形微粒的阻力系数，其表达式为：如果微粒不是球形，则可以引入形状系数。粒子温度通过等离子体和微粒之间的能量平衡来确定：8Thermalplasmamodelling为热传递系数，为微粒的比热容，、分别为粒子固相辐射系数和液相辐射系数，为粒子熔化比例，和分别为微粒的熔化和蒸发温度。和为熔化热和蒸发潜热。σs为斯蒂芬-波尔兹曼常数。为环境温度。热传递系数通过努赛尔数Nu来确定：对于努赛尔数有一些经验关系式，但是由于实验数值的缺失很难确定具体值。Young和Pfender对最常用的表达式进行了一些对比和讨论。此处，我们给出这样一个例子，这一关系式由Vardelle等

3、人提出，Young和Pfender在氩等离子体中对其进行了讨论，在温度高于9000K时，努赛尔数表达式为：典型地结果如图19所示。在图19（a）中，能够明显的看到，等离子体由于其余微粒的存在而冷却，微粒大小对他们轨迹的影响如图19（b，c）所示。8Thermalplasmamodelling图19（a）氧化铝微粒的注入对氩等离子体温度场的影响（最小等温线为2kK，温度间隔为2kK，等温线的温度单位kK）（b）等离子体温度场（——）、直径为50um的氧化铝微粒的轨迹（……）（c）情况如（b），微粒直径为25um6．交流大电流切断6.1.带有电弧的大电流切断系统的一般运行方式在交流大电流中

4、断中，有几种用于使触头分离时所产生的电弧迅速熄灭的技术。这些技术可分为三类：1、低压（V<1kV），其一般发生在空气中；2、中电压下的真空切断（V<32kV，甚至更多）；3、高压切断，在现代系统通常使用。真空电弧在第二项技术中并不会产生热等离子体，也不会在本文中呈现。其他的技术都有一些相似之处：由于触头的分离产生的熔桥引燃了电弧，并且由瞬态来决定，这是因为电流是交变的而且电弧必须尽量的短。然而，他们的利用原则是相当不同的，并与主要技术问题一起，现在要详细对待。在低电压系统，电弧是在一个外壳为有机材料的小盒里，在两个触头间建立的，它可迅速转移到金属栏杆，并转移至灭火密室中，在里面它被金属

5、分流器分裂成几个小弧。因此，保持这些小电弧的电压需要维持在比电路中的电压高的条件下，从而使电弧能较为自然地下落。这一过程的关键之处是电弧沿轨道的转移和渗透到灭火室。电弧的运动是由两种效应所影响：8Thermalplasmamodelling1、通有电流的触头和压力所产生的外部电磁力；2、在空气加热或离解时所产生的等离子体上的压力效应，触头和外壳的烧蚀会导致材料的汽化。同时，压力会增加一些工业问题，这些工业问题激发了如下基础研究和模型的建立：断路器的小型化；电弧进入灭弧室的快速渗透；由于导电蒸气的存在引起的触头间的电弧重燃；燃弧后沉积在断路器里的粉末。一些基本的实际现象或情况必须在相应的

6、建模中加以分析：计算外部受力；电弧三维模型的建立以及等离子和气体的运动轨迹；沿着轨道的弧根转移；电弧与周围材料（触头，外壳，分流器）的相连和守恒方程中蒸汽特性的介绍；重燃过程中这些蒸汽所扮演的角色；及沉积下的粉末的化学分析。在SF6高压断路器中因触头分离所产生的电弧周围是一个喷嘴，当交流电流过零点时（电弧成为丝状），由来自某一区域的冷气体吹动电弧，该区域由河豚效应——压缩空气断路器引起气体的压缩。这种效应能非常迅速地冷却等离子体，并且可由能承受快速回复电压的绝缘气体来代替等离子体。在现代断路器中，压气效应通常与由于蒸发造成的可控材料烧蚀所引起的过压有关，它与机械活塞的运动相关。在这种装

7、备中所使用的气体必须满足两个条件：1、有助于等离子体态冷却的高的热导率；2、常态下高的绝缘强度，以避免接触时的高压导致击穿。除了这些物理特性以外，其他的化学特性，例如分子的稳定性和无毒性也是必须的。SF6就是最好的候选者。目前与这种系统相关的仍然存在的技术和科学难题有：扰动和非平衡效应对气流冷却影响的定量解释；SF6和材料的的气体混合物在中温范围（例如几百K）的击穿特性；超高压设备的开发；强温室效应气体SF6替代气体的寻找。6.2低压断路器（L