[发明专利]一种不同湿度下等离子体电晕放电输运参数的计算方法

说明书

本发明涉及气体放电技术，具体涉及一种不同湿度下等离子体电晕放电输运参数的计算方法，步骤1、从湿空气中三种主要气体分子：N₂、O₂和H₂O及其与电子碰撞反应的角度反映等离子体电晕放电的微观物理化学变化过程；步骤2、由Boltzmann两项近似理论计算不同湿度下电子能量分布函数EEDF，并以此为基础计算了不同湿度下的电晕放电输运参数。该计算方法与传统的简化加权方法相比，从微观物理化学反应角度反映湿度的变化对等离子体电晕放电的影响，能够更加准确的计算电晕放电参数。

技术领域

本发明属于气体放电技术领域，尤其涉及一种不同湿度下等离子体电晕放电输运参数的计算方法。

背景技术

在对电晕放电参数的计算方面，国内外研究普遍利用简化加权方法得到湿空气中的电晕放电参数，将湿空气视为干空气与水蒸气的混合气体。简化加权的计算公式为：其中a表示放电参数，下标w和d分别代表水蒸气和干空气的分量，P_w+P_d＝P，简化加权法是目前使用最为广泛的电晕放电参数计算方法。这种方法虽然计算简单，但是不能从微观物理化学反应的角度反映湿度对于电晕放电参数的影响，并且不同学者提出的放电参数计算公式有较大的差别。

一些学者将Boltzmann两项近似理论应用于气体的绝缘性能的研究和干空气中的放电参数的求解，但应用于湿空气的电晕放电输运参数的研究却很少，有的研究中只对一部分放电参数进行计算。

发明内容

本发明的目的是提供一种从微观物理化学反应角度分析湿度的变化对于等离子体电晕放电的影响，更加准确的计算电晕放电参数的方法。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种不同湿度下等离子体电晕放电输运参数的计算方法，包括以下步骤：

步骤1、从湿空气中的气体分子N₂、O₂和H₂O及其与电子碰撞反应的角度反映等离子体电晕放电的微观物理化学变化过程；

步骤2、由Boltzmann两项近似理论计算不同湿度下电子能量分布函数EEDF，并以此为基础计算不同湿度下的电晕放电输运参数。

在上述的不同湿度下等离子体电晕放电输运参数的计算方法中，步骤1的实现包括以下步骤：

1)湿空气中电子与气体分子N₂、O₂和H₂O的碰撞反应包括弹性碰撞、电子态激发、转动激发、振动激发、电离碰撞、吸附碰撞6种反应类型；

2)通过水分子与电子的各种碰撞反应的截面数据来分析水分子的存在对于电离和吸附等反应的影响。

在上述的不同湿度下等离子体电晕放电输运参数的计算方法中，步骤2的实现包括以下具体步骤：

①将三种气体分子与电子碰撞反应的碰撞截面数据代入Boltzmann两项近似方程中，分别获得干空气N₂和O₂与水蒸气中的电子能量分布函数；

②由电子能量分布函数EEDF获得不同湿度下的电晕放电输运参数，包括电离系数、吸附系数、有效电离系数、电子迁移率、电子扩散系数以及干空气N₂和O₂和水蒸气中的电子漂移速度，并由有效电离系数为0获得临界起晕场强。

本发明的有益效果是：利用Boltzmann方程两项近似理论，结合等离子体电晕放电中的主要粒子和物理化学反应类型，相比传统的简化加权的计算方法具有更高的准确度，能从微观物理化学反应角度反映湿度的变化对等离子体电晕放电的影响，也能够更加准确的计算电晕放电参数。并且对Boltzmann方程在保证精度的前提下合理简化，大大提高了计算速度。

附图说明