[發明專利]一種電暈放電空間電流體的模擬方法

有效

• 申請號: 201310263782.3
• 申請日: 2013-06-27
• 公開（公告）號: CN103294873A
• 公開（公告）日: 2013-09-11
• 發明（設計）人: 李慶;王巧艷;張曉軍;劉志強;閆正
• 申請（專利權）人: 河北大學
• 主分類號: G06F17/50
• 分類號: G06F17/50
• 代理公司: 石家莊國域專利商標事務所有限公司 13112
• 代理人: 胡澎

技術領域

本發明涉及一種電流體模擬方法，具體地說是一種電暈放電空間電流體的模擬方法。

背景技術

電暈放電過程中，在放電空間形成兩個區域：電暈區和電暈外區。電暈區場強很大，但衰減迅速，在該區域由于強電場的作用，從電暈線表面或附近釋放的電子迅速向接地極運動，運動過程中，電子將與氣體原子（或分子）碰撞，使原子（或分子）分解為正離子和電子，該過程循環發生，空間中的自由電子迅速增加，形成電子崩，各種離子在電場力的作用下移動、碰撞，形成具有一定氣流結構的電流體（也稱離子風）。

電暈放電時在放電空間所形成的正負離子和電子具有廣泛的應用價值，例如可應用于靜電除塵器、高速打印機、霧化等領域。了解放電空間的電場分布、離子狀態及電流體的形成構成，具有重要的理論和應用價值，而對電流體狀態進行分析又是研究放電空間物質之間相互作用的重要手段之一。現有技術中，通常用流體分析軟件——Fluent軟件對放電空間電流體的狀態進行模擬分析，模擬時需要根據放電狀態進行模型建立及參數設定。

電流體是從放電極出發的高速離子射流，射流源的形態、射流噴口的形狀以及射流的初速度等都是影響電流體流動特征的主要因素。電流體的射流源即為Fluent軟件模擬時的風源。例如：在靜電除塵器中，電暈放電時放電空間的尺度一般在15cm左右，電暈線附近的電暈區近似圓形，尺度約幾毫米，其為電流體形成的噴射區，該區域的主要作用是積累電流體形成所必需的電荷數量和初始能量。

在以往的模擬中，由于電暈區很小，近似于電暈線尺度，因此把整個電暈線作為風源，在不同電壓下設置同一風源半徑及不同初始風速以進行模擬。但是在實際的電暈放電過程中，不同電壓下電暈區的大小并不相同，這就決定了模擬時不同電壓下的風源半徑也應該是不同的，因此采用傳統模擬方法對電流體進行模擬，必然存在較大的誤差。

發明內容

本發明的目的就是提供一種電暈放電空間電流體的模擬方法，以解決現有模擬方法因在不同電壓下設置同一風源半徑所導致的模擬誤差較大的問題。

本發明的目的是這樣實現的：一種電暈放電空間電流體的模擬方法，包括如下步驟：

a、建立二維線板放電模型并確定電場中的電勢泊松方程和電流連續性方程，對電勢泊松方程和電流連續性方程進行離散得到電勢離散方程和電荷密度離散方程，根據有限差分法在放電空間對電勢離散方程和電荷密度離散方程進行迭代計算，并繪得放電空間不同電壓下的電場強度分布圖和電流密度分布圖；

b、根據電場強度分布圖確定放電空間的電場陡降區，所述電場陡降區即為模擬電流體狀態時的風源范圍；

c、將能夠使放電空間電流體呈旋渦狀結構的最小放電電壓設為基準電壓，所述基準電壓下的風源半徑即為電暈線的半徑r，從基準電壓所對應的電流密度分布圖上找到電暈線外邊緣處的電流密度ρ₀，從其它放電電壓所對應的電流密度分布圖上分別找到電流密度也為ρ₀的點距電暈線中心的距離，該距離即為不同放電電壓下的風源半徑R；

d、根據電暈線外邊緣處離子風速v與放電電壓u之間的關系v=0.0246（u-14.81）²，計算得出基準電壓下的風源風速v₀；

e、根據基準電壓下的風源半徑r、基準電壓下的風源風速v₀以及其它放電電壓下的風源半徑R，計算得出其它放電電壓下的風源風速v′，其中，

f、根據不同放電電壓所對應的風源半徑及風源風速對放電空間電流體的運動狀態進行仿真模擬。

本發明是利用計算機執行上述模擬計算步驟，進行電暈放電空間電流體的模擬。

在執行步驟a時，是利用Matlab軟件進行迭代計算，并繪得放電空間不同電壓下的電場強度分布圖和電流密度分布圖。

在執行步驟f時，是將不同放電電壓所對應的風源半徑及風源風速值輸入Fluent軟件，通過Fluent軟件模擬放電空間電流體的運動狀態。

主要有兩種因素影響常壓空氣中電流體的形成及狀態：一、作用在空間電荷上的電場強度的大小；二、空間電荷的能量，具體表現為空間電荷的數量及移動速度。因此，本發明選取了空間電場強度的分布來確定風源范圍，通過電流密度的分布確定風源半徑；對于不同的放電電壓，其所對應的風源半徑也不相同，再根據相應計算公式計算得出不同放電電壓下的風源風速（即初始風速）。因此，在后續的采用Fluent軟件對電流體進行模擬時，就可以更加準確地反映出各種放電電壓下電流體的狀態，使得模擬結果與理論值更為接近，由此減小了對電暈放電空間電流體的模擬誤差。