尖端放電現(xiàn)象以及尖端尺寸對(duì)放電的影響

1、尖端放電現(xiàn)象以及尖端尺寸對(duì)放電的影響摘要：為了更好地對(duì)尖端放電現(xiàn)象趨利避害，需要研究其原理與影響因素?？梢岳肕axwell 2D工程這一軟件，通過(guò)構(gòu)造正八邊形·圓弧尖端模型·三角尖端模型進(jìn)行建模，然后設(shè)置激勵(lì)源·材料·邊界條件·求解域等基本參數(shù)進(jìn)行求解，得出數(shù)據(jù)圖。分析可知，電場(chǎng)都集中分布在導(dǎo)體表面，能量只集中分布在導(dǎo)體尖端附近，越尖銳的位置，導(dǎo)體尖端的電荷密度越大，附近的場(chǎng)強(qiáng)很強(qiáng)，能量也集中分布在尖端附近。Abstract:Theory in order to better to the phenomenon of point discha

2、rge, it is necessary to study the principle and influencing factors.This software can use Maxwell2D engineering, through constructing octagon, arc cutting edge model, triangle tip model to model,And then set drive source, material, boundary condition, solving domain are applied to solve the basic pa

3、rameters, such as data graphs are obtained.Analysis shows that the electric field is concentrated distribution in the conductor surface, the energy concentrated distribution in the conductor of tip, the more sharp, conductor cutting-edge charge density, the greater the near field intensity is very s

4、trong, the energy is concentrated near the tip.引言尖端放電是在強(qiáng)電場(chǎng)作用下，物體尖銳部分發(fā)生的一種放電現(xiàn)象。屬于一種電暈放電。通常情況下，空氣是不導(dǎo)電的，但是如果電場(chǎng)特別強(qiáng)，空氣分子中的正負(fù)電荷受到方向相反的強(qiáng)電場(chǎng)力，有可能被“撕”開(kāi)，這個(gè)現(xiàn)象叫做空氣的電離。由于電離后的空氣中有了可以自由移動(dòng)的電荷，空氣就可以導(dǎo)電了，空氣電離后產(chǎn)生的負(fù)電荷就是負(fù)離子，失去電子的電荷帶正電，叫做正離子。（對(duì)孤立導(dǎo)體）導(dǎo)體表面有電荷堆積時(shí)，電荷密度與導(dǎo)體表面的形狀有關(guān)。在凹的部位電荷密度接近零，在平緩的部位小，在尖的部位最大。當(dāng)電荷密度達(dá)到一定的量值后，電荷產(chǎn)生的電

5、場(chǎng)會(huì)很大，以至于把空氣擊穿（電離），空氣中的與導(dǎo)體帶電相反的離子會(huì)與導(dǎo)體的電荷中和，出現(xiàn)放電火花，并能聽(tīng)到放電聲。避雷針是另外一個(gè)好的例子。高大建筑物上安裝避雷針，當(dāng)帶電云層靠近建筑物時(shí)，建筑物會(huì)感應(yīng)上與云層相反的電荷，這些電荷會(huì)聚集到避雷針的尖端，達(dá)到一定的值后便開(kāi)始放電，這樣不停的將建筑物上的電荷中和掉，永遠(yuǎn)達(dá)不到會(huì)使建筑物遭到損壞的強(qiáng)烈放電所需要的電荷。雷電的實(shí)質(zhì)是2個(gè)帶電體間的強(qiáng)烈的放電，在放電的過(guò)程中有巨大的能量放出。建筑物的另外一端與大地相連，與云層相同的電荷就流入大地。顯然，要使避雷針起作用，必須保證尖端的尖銳和接地通路的良好，一個(gè)接地通路損壞的避雷針將使建筑物遭受更大的損失。原

6、理解釋1在導(dǎo)體的帶電量及其周?chē)h(huán)境相同情況下,導(dǎo)體尖端越尖，尖端效應(yīng)越明顯。這是因?yàn)榧舛嗽郊?曲率越小，面電荷密度越高,其附近場(chǎng)強(qiáng)也就越強(qiáng)。在同一導(dǎo)體上，與曲率小的部位相比，曲率大的部位就是尖端。因此，設(shè)備的邊.棱。角相對(duì)于平滑表面,管道的噴嘴相對(duì)于管線，細(xì)導(dǎo)線相對(duì)于粗導(dǎo)線，人的手指相對(duì)于背部等等,前者都可認(rèn)為是尖端，都容易產(chǎn)生尖端效應(yīng)。而且,即使帶電體沒(méi)有尖端，而與之相鄰近的接地導(dǎo)體具有尖端，它們之間也會(huì)產(chǎn)生尖端效應(yīng)。此時(shí)，由于靜電感應(yīng),在接地體的尖端處會(huì)感應(yīng)出異性電荷，并容易與帶電體之間發(fā)生放電。2尖端放電的形式主要有電暈放電和火花放電兩種。在導(dǎo)體帶電量較小而尖端又較尖時(shí),尖端放電多為電暈

7、型放電。這種放電只在尖端附近局部區(qū)域內(nèi)進(jìn)行，使這部分區(qū)域的空氣電離,并伴有微弱的熒光和嘶嘶聲。因放電能量較小，這種放電一般不會(huì)成為易燃易爆物品的引火源,但可引起其它危害。在導(dǎo)體帶電量較大電位較高時(shí)，尖端放電多為火花型放電。這種放電伴有強(qiáng)烈的發(fā)光和破壞聲響,其電離區(qū)域由尖端擴(kuò)展至接地體(或放電體),在兩者之間形成放電通道。由于這種放電的能量較大，所以其引燃引爆及引起人體電擊的危險(xiǎn)性較大。3火花型尖端放電隨兩極間距的減小而更易發(fā)生。這可由擊穿電壓隨極間距離的減小而下降來(lái)說(shuō)明。4尖端放電的發(fā)生還與周?chē)h(huán)境情況有關(guān)。環(huán)境溫度越高越容易放電。因?yàn)闇囟仍礁?，電子和離子的動(dòng)能越大,就更容易發(fā)生電離。另外，環(huán)

8、境濕度越低越容易放電。圍為濕度高時(shí)空氣中水分子增多,電子與水分子碰撞機(jī)會(huì)增多，碰后形成活動(dòng)能力很差的負(fù)離子,使碰撞能量減弱。再者，氣壓越低越容易放電。因?yàn)闅鈮涸降蜌怏w分子間距越大，電子或離子的平均自由程越大,加速時(shí)間越長(zhǎng)，動(dòng)能越大,更容易發(fā)生碰撞電離。數(shù)學(xué)建模正八面體模型圓弧和尖端模型仿真步驟打開(kāi)Maxwellsv，新建Maxwell 2D工程。slover選擇Electrostatic；Drawing選擇XY Plane。1. 繪制模型用畫(huà)曲線，用ObjectPolyline畫(huà)直線和折線。定義：三角尖端模型為one，紅色；圓弧尖端模型為two，紅色；水平板為ground，褐色；2. 設(shè)置材料

9、兩個(gè)尖端和平行板材料均選為銅。選中object，在Material欄中選擇copper，然后左擊Assign。3. 設(shè)置激勵(lì)源點(diǎn)擊Edit>Select>Object>By Clicking；選中要編輯的物體。點(diǎn)擊Assign>Souce>Solid,名稱source1出現(xiàn)在Boundary欄中。在圖形下方“charge”和“voltage”選voltage,然后將Value中的設(shè)為100000V。點(diǎn)擊Assign。按上述步驟設(shè)定one和two的電壓為100000V，設(shè)定ground的電壓值為0V。4. 設(shè)置邊界條件氣球邊界模擬無(wú)限大的求解區(qū)，可以有效地隔絕模型外

10、的電荷源或電壓源。有兩種類(lèi)型的氣球邊界條件：Charge；Voltage。其中Charge模擬無(wú)限遠(yuǎn)處的電荷與求解區(qū)內(nèi)的電荷想匹配，強(qiáng)制凈電荷為零。Voltage模擬無(wú)限遠(yuǎn)處電勢(shì)為零，實(shí)際上可以模擬靜電絕緣系統(tǒng)。在大多數(shù)情況下，指定Voltage類(lèi)型的氣球邊界與指定Charge類(lèi)型的氣球邊界所得結(jié)果非常類(lèi)似，但在實(shí)際上無(wú)窮遠(yuǎn)出的電荷并不與求解區(qū)內(nèi)的電荷相匹配，故選擇Charge類(lèi)型。在圖形顯示區(qū)域中點(diǎn)擊背景中的任意一個(gè)位置，以選中整個(gè)區(qū)域的邊界。點(diǎn)擊Assign>Boundary>Balloon。在Boundary欄中出現(xiàn)balloon1。在圖形顯示區(qū)域下方選擇Charge。點(diǎn)擊A

11、ssign。5. 定義選項(xiàng)在“ExecutiveCommands”窗口中點(diǎn)擊Setup Executive Parameters>Matrix,出現(xiàn)Capacitance Matrix Setup窗口。將兩尖端定義為SignalLine，將平板定義為：Ground。如定義尖端：a) 在“object”欄中點(diǎn)擊“one”和“two”。b) 選擇“Inculde in matrix”。c) 選擇“SignalLine”,然后點(diǎn)擊Assign。6. 點(diǎn)擊“slove”，運(yùn)行。7. 查看求解場(chǎng)圖電場(chǎng)分布圖點(diǎn)擊菜單欄中的plotFieldmag ESurface-all-all-，點(diǎn)擊ok。顯示電

12、場(chǎng)強(qiáng)度的幅值分布情況。能量分布圖點(diǎn)擊菜單欄中的plotFieldEnergySurface-all-all-，點(diǎn)擊ok。顯示能量的幅值分布情況。電壓分布圖結(jié)論從電場(chǎng)分布圖中我們可以看出，無(wú)論是哪種尖端模型，電場(chǎng)都集中分布在導(dǎo)體表面，并且在尖端處明顯要比其他位置集中。圓弧尖端模型在尖端處的電場(chǎng)強(qiáng)度比三角尖端模型要大，但三角尖端模型的電場(chǎng)在尖端處更為集中。從能量布圖中我們可以看出，能量只集中分布在導(dǎo)體尖端附近，圓弧尖端模型在尖端處的能量比三角尖端模型要大，但三角尖端模型的能量大的范圍更廣。所以在導(dǎo)體表面，越尖銳的位置，導(dǎo)體尖端的電荷密度越大，附近的場(chǎng)強(qiáng)很強(qiáng)，能量也集中分布在尖端附近。這就是尖端放電

13、模型日常應(yīng)用避雷針高大建筑物上都會(huì)安裝避雷針，當(dāng)帶電云層靠近建筑物時(shí)，建筑物會(huì)感應(yīng)上與云層相反的電荷，這些電荷會(huì)聚集到避雷針的尖端，達(dá)到一定的值后便開(kāi)始放電，這樣不停的將建筑物上的電荷中和掉，永遠(yuǎn)達(dá)不到會(huì)使建筑物遭到損壞的強(qiáng)烈放電所需要的電荷。雷電的實(shí)質(zhì)是2個(gè)帶電體間的強(qiáng)烈的放電，在放電的過(guò)程中有巨大的能量放出。建筑物的另外一端與大地相連，與云層相同的電荷就流入大地。顯然，要是避雷針起作用，必須保證尖端的尖銳和接地通路的良好，一個(gè)接地通路損壞的避雷針將使建筑物遭受更大的損失。凈化器靜電除塵空氣凈化器利用高壓直流電場(chǎng)使空氣中的氣體分子電離，產(chǎn)生大量電子和離子，在電場(chǎng)力的作用下向兩極移動(dòng)，在移動(dòng)過(guò)

14、程中碰到氣流中的粉塵顆粒和細(xì)菌使其荷電，荷電顆粒在電場(chǎng)力作用下與氣流分向相反的極板做運(yùn)動(dòng)，在電場(chǎng)作用下，空氣中的自由離子要向兩極移動(dòng)，電壓愈高、電場(chǎng)強(qiáng)度愈高，離子的運(yùn)動(dòng)速度愈快。由于離子的運(yùn)動(dòng)，極間形成了電流。開(kāi)始時(shí)，空氣中的自由離子少，電流較少。電壓升高到一定數(shù)值后，放電極附近的離子獲得了較高的能量和速度，它們撞擊空氣中的中性原子時(shí)，中性原子會(huì)分解成正、負(fù)離子，這種現(xiàn)象稱為空氣電離?？諝怆婋x后，由于聯(lián)鎖反應(yīng)，在極間運(yùn)動(dòng)的離子數(shù)大大增加，表現(xiàn)為極間的電流（稱之為電暈電流）急劇增加，空氣成了導(dǎo)體，高強(qiáng)電壓捕獲附帶細(xì)菌顆粒，瞬間導(dǎo)電擊穿由蛋白質(zhì)組成的細(xì)胞壁，達(dá)到殺滅細(xì)菌吸附除塵。感想收獲通過(guò)利用ansoft這款工程電磁場(chǎng)軟件的有效利用，我們認(rèn)識(shí)到軟件在解決實(shí)際問(wèn)題中的高效。具體操作中，因?yàn)閰?shù)的不合理設(shè)置，很多次都沒(méi)有能運(yùn)行出結(jié)果，這使我們深刻體會(huì)到，細(xì)心，在科研工作中，是多么的重要，一個(gè)小小的參數(shù)出錯(cuò)了