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大气压横向气流中负极性电晕放电偏转现象的实验和仿真研究

摘要——作为一种极不均匀电场中的自持放电，电晕放电尤其是负极性电晕放电拥有广泛的工业应用基础，如静电除尘和臭氧产生等，而在这些应用中气流是一个需要考虑的重要因素。负极性电晕放电在垂直电场方向的气流中会产生一定的偏转，本文通过实验和二维流体仿真模型定量地研究了大气压下针板电极负极性直流电晕在气流中的偏转现象及其机理，并通过设置不同的气流速度、外施电压和针尖半径以研究不同外部因素对放电偏转角的影响。仿真结果揭示了放电偏转角随Trichel脉冲放电过程的周期性变化的现象，当脉冲结束后，放电偏转角从最小值开始逐渐增加，直至间隙电场恢复至一定值后放电偏转角又开始逐渐减小，并在Trichel脉冲的峰值时刻达到最小值。这个现象可以用气流作用和电离过程对针尖附近正离子净产率的交替主导的影响来解释。当气流的作用占主导地位时，远离针尖中心位置处正离子净产率更高，导致放电偏转角的增大，当电离过程占主导地位时，由于针尖中心位置电场较强，在中心附近正离子净产率更高，导致放电偏转角的减小。此外，实验和仿真结果均表明更高的外施电压和更小的针尖半径会使放电偏转角的增加。这是因为在相同的气流速度下，较高的外施电压和更小的针尖半径会导致间隙电场恢复时间缩短，从而导致偏转角下降过程的时间缩短，进而使偏转角的增大。