尖端放電現象以及尖端尺寸對放電的影響

1、尖端放電現象以及尖端尺寸對放電的影響摘要：為了更好地對尖端放電現象趨利避害，需要研究其原理與影響因素。可以利用Maxwell 2D工程這一軟件，通過構造正八邊形·圓弧尖端模型·三角尖端模型進行建模，然后設置激勵源·材料·邊界條件·求解域等基本參數進行求解，得出數據圖。分析可知，電場都集中分布在導體表面，能量只集中分布在導體尖端附近，越尖銳的位置，導體尖端的電荷密度越大，附近的場強很強，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電場作用下，物體尖銳部分發(fā)生的一種放電現象。屬于一種電暈放電。通常情況下，空氣是不導電的，但是如果電場特別強，空氣分子中的正負電荷受到方向相反的強電場力，有可能被“撕”開，這個現象叫做空氣的電離。由于電離后的空氣中有了可以自由移動的電荷，空氣就可以導電了，空氣電離后產生的負電荷就是負離子，失去電子的電荷帶正電，叫做正離子。（對孤立導體）導體表面有電荷堆積時，電荷密度與導體表面的形狀有關。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。當電荷密度達到一定的量值后，電荷產生的電

5、場會很大，以至于把空氣擊穿（電離），空氣中的與導體帶電相反的離子會與導體的電荷中和，出現放電火花，并能聽到放電聲。避雷針是另外一個好的例子。高大建筑物上安裝避雷針，當帶電云層靠近建筑物時，建筑物會感應上與云層相反的電荷，這些電荷會聚集到避雷針的尖端，達到一定的值后便開始放電，這樣不停的將建筑物上的電荷中和掉，永遠達不到會使建筑物遭到損壞的強烈放電所需要的電荷。雷電的實質是2個帶電體間的強烈的放電，在放電的過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在導體的帶電量及其周圍環(huán)境相同情況下,導體尖端越尖，尖端效應越明顯。這是因為尖端越尖,曲率越小，面電荷密度越高,其附近場強也就越強。在同一導體上，與曲率小的部位相比，曲率大的部位就是尖端。因此，設備的邊.棱。角相對于平滑表面,管道的噴嘴相對于管線，細導線相對于粗導線，人的手指相對于背部等等,前者都可認為是尖端，都容易產生尖端效應。而且,即使帶電體沒有尖端，而與之相鄰近的接地導體具有尖端，它們之間也會產生尖端效應。此時，由于靜電感應,在接地體的尖端處會感應出異性電荷，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。在導體帶電量較小而尖端又較尖時,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)域內進行，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，這種放電一般不會成為易燃易爆物品的引火源,但可引起其它危害。在導體帶電量較大電位較高時，尖端放電多為火花型放電。這種放電伴有強烈的發(fā)光和破壞聲響,其電離區(qū)域由尖端擴展至接地體(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說明。4尖端放電的發(fā)生還與周圍環(huán)境情況有關。環(huán)境溫度越高越容易放電。因為溫度越高，電子和離子的動能越大,就更容易發(fā)生電離。另外，環(huán)

8、境濕度越低越容易放電。圍為濕度高時空氣中水分子增多,電子與水分子碰撞機會增多，碰后形成活動能力很差的負離子,使碰撞能量減弱。再者，氣壓越低越容易放電。因為氣壓越低氣體分子間距越大，電子或離子的平均自由程越大,加速時間越長，動能越大,更容易發(fā)生碰撞電離。數學建模正八面體模型圓弧和尖端模型仿真步驟打開Maxwellsv，新建Maxwell 2D工程。slover選擇Electrostatic；Drawing選擇XY Plane。1. 繪制模型用畫曲線，用ObjectPolyline畫直線和折線。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. 設置材料

9、兩個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. 設置激勵源點擊Edit>Select>Object>By Clicking；選中要編輯的物體。點擊Assign>Souce>Solid,名稱source1出現在Boundary欄中。在圖形下方“charge”和“voltage”選voltage,然后將Value中的設為100000V。點擊Assign。按上述步驟設定one和two的電壓為100000V，設定ground的電壓值為0V。4. 設置邊界條件氣球邊界模擬無限大的求解區(qū)，可以有效地隔絕模型外

10、的電荷源或電壓源。有兩種類型的氣球邊界條件：Charge；Voltage。其中Charge模擬無限遠處的電荷與求解區(qū)內的電荷想匹配，強制凈電荷為零。Voltage模擬無限遠處電勢為零，實際上可以模擬靜電絕緣系統(tǒng)。在大多數情況下，指定Voltage類型的氣球邊界與指定Charge類型的氣球邊界所得結果非常類似，但在實際上無窮遠出的電荷并不與求解區(qū)內的電荷相匹配，故選擇Charge類型。在圖形顯示區(qū)域中點擊背景中的任意一個位置，以選中整個區(qū)域的邊界。點擊Assign>Boundary>Balloon。在Boundary欄中出現balloon1。在圖形顯示區(qū)域下方選擇Charge。點擊A

11、ssign。5. 定義選項在“ExecutiveCommands”窗口中點擊Setup Executive Parameters>Matrix,出現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”欄中點擊“one”和“two”。b) 選擇“Inculde in matrix”。c) 選擇“SignalLine”,然后點擊Assign。6. 點擊“slove”，運行。7. 查看求解場圖電場分布圖點擊菜單欄中的plotFieldmag ESurface-all-all-，點擊ok。顯示電

12、場強度的幅值分布情況。能量分布圖點擊菜單欄中的plotFieldEnergySurface-all-all-，點擊ok。顯示能量的幅值分布情況。電壓分布圖結論從電場分布圖中我們可以看出，無論是哪種尖端模型，電場都集中分布在導體表面，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強度比三角尖端模型要大，但三角尖端模型的電場在尖端處更為集中。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。所以在導體表面，越尖銳的位置，導體尖端的電荷密度越大，附近的場強很強，能量也集中分布在尖端附近。這就是尖端放電

13、模型日常應用避雷針高大建筑物上都會安裝避雷針，當帶電云層靠近建筑物時，建筑物會感應上與云層相反的電荷，這些電荷會聚集到避雷針的尖端，達到一定的值后便開始放電，這樣不停的將建筑物上的電荷中和掉，永遠達不到會使建筑物遭到損壞的強烈放電所需要的電荷。雷電的實質是2個帶電體間的強烈的放電，在放電的過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使空氣中的氣體分子電離，產生大量電子和離子，在電場力的作用下向兩極移動，在移動過

14、程中碰到氣流中的粉塵顆粒和細菌使其荷電，荷電顆粒在電場力作用下與氣流分向相反的極板做運動，在電場作用下，空氣中的自由離子要向兩極移動，電壓愈高、電場強度愈高，離子的運動速度愈快。由于離子的運動，極間形成了電流。開始時，空氣中的自由離子少，電流較少。電壓升高到一定數值后，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，中性原子會分解成正、負離子，這種現象稱為空氣電離?？諝怆婋x后，由于聯(lián)鎖反應，在極間運動的離子數大大增加，表現為極間的電流（稱之為電暈電流）急劇增加，空氣成了導體，高強電壓捕獲附帶細菌顆粒，瞬間導電擊穿由蛋白質組成的細胞壁，達到殺滅細菌吸附除塵。感想收獲通過利用ansoft這款工程電磁場軟件的有效利用，我們認識到軟件在解決實際問題中的高效。具體操作中，因為參數的不合理設置，很多次都沒有能運行出結果，這使我們深刻體會到，細心，在科研工作中，是多么的重要，一個小小的參數出錯了