基于PIC/MCC法爆炸性气体环境下的微尺度放电特性

• 作者: 王党树 古东明 栾哲哲 刘树林 王新霞
• 来源期刊: 高电压技术
• 关键词: 爆炸环境 阳极吸收电流 微尺度放电 场致发射 IEC火花试验装置
• 年，卷（期）: 2021,（3）
• 所属期刊栏目: 高压放电与等离子体应用专题|Special Issue on Applications of High-voltage Discharge and Plasmas
• 页码范围: 805-814
• 页数: 10页
• 语种: 中文
• DOI: 10.13336/j.1003-6520.hve.20201735

摘要

为了研究爆炸环境下微间隙放电的微观特性,以国际标准IEC火花试验装置为研究对象,建立了瓦斯与空气混合气体环境下,以钨丝为阳极和镉盘为阴极的二维平行板放电仿真模型.采用粒子法(PIC/MCC)进行仿真,研究了平行板极间电压为295 V、极距为5 μm 的微间隙放电动态过程;从微观层面分析了爆炸性气体环境下微尺度放电机制,同时讨论了极距和瓦斯体积分数等因素在放电过程中对微观粒子的影响,进而揭示这些因素对放电电压和电流特性的影响.最终的仿真结果表明:极距在5 μm 时微间隙放电的主要机制是场致发射,而并非是以碰撞电离及电子雪崩为主要特征的气体放电,放电过程中CH 类离子粒子数并未有明显变化而电子数量变化较为明显;当极距为15 μm 时,微间隙放电的主要机制是气体发生雪崩式电离,混合气体中的甲烷体积分数会影响放电结果:甲烷体积分数在3.5％～13.5％范围内时,体积分数每增加5％,放电中阳极吸收电流就会增加10 mA,在微观上表现为随着混合气体中甲烷体积分数的不断增加,CH 类离子产生的速率也会有所提高,且甲烷气体在放电过程中贡献程度也在不断增加.并搭建了爆炸环境下微间隙放电试验平台,进一步从实验方面验证了改变极间距离时微观粒子的变化所表现出的宏观特性.