SF6气体短间隙正电晕放电研究：带电粒子行为与电场分布

"这篇论文是2013年由郑殿春等人发表在《电机与控制学报》第17卷第5期上，探讨了在非均匀电场下SF6短间隙正电晕放电的行为。研究聚焦于大气压下10nm针-板电极配置的SF6气体间隙中的正电晕放电现象，分析了带电粒子的电离、附着、复合、扩散以及光致电离等关键过程。通过建立物理模型，结合泊松方程，运用通量校正输运法（FCT）来解析粒子连续性方程，从而揭示了放电过程中带电粒子的时空行为和电场分布规律。论文还通过对实验结果的比较，验证了模型和计算方法的准确性。" 在非均匀场下，SF6短间隙正电晕放电的研究是理解高压电气设备中SF6气体绝缘性能的重要方面。SF6气体因其优异的绝缘和灭弧特性，广泛应用于电力系统中，如GIS（气体绝缘开关设备）和高压断路器。然而，其放电机制复杂，尤其是在非均匀电场下，电晕放电可能会导致局部电场强度的增强，进而影响设备的稳定性。 本文中，研究人员采用10nm的针-板电极结构，模拟了大气压下的SF6气体环境。他们考虑了多个关键物理过程，包括带电粒子的电离（电子与分子碰撞产生新的电子和正离子），附着（电子或离子与中性分子结合），复合（电子和正离子结合成中性分子），扩散（粒子随机运动导致浓度分布变化）以及光致电离（高能光子导致分子电离）。这些过程共同影响着电晕放电的形成和发展。 为了描述这些过程，研究者建立了数学模型，其中包括了描述带电粒子时空行为的特征方程，以及与空间电荷场相互作用的泊松方程。泊松方程用于计算电荷分布引起的电场变化，它与粒子连续性方程一起，构成了描述电晕放电动态行为的核心工具。为了求解这些方程，采用了通量校正输运法，这是一种数值计算方法，能够有效地处理流体流动中的不连续性和剪切层问题，从而得到放电过程中的粒子行为和电场分布规律。 通过比较模拟结果和实验数据，作者验证了模型的准确性和FCT算法的有效性，这为理解和预测SF6气体在实际电力设备中的放电行为提供了理论基础。这样的研究对于优化设备设计、提高电力系统的安全性和可靠性具有重要意义。此外，对于预防设备过早老化和故障，以及防止电晕放电导致的局部过热和电化学腐蚀等问题，也有着深远的指导价值。