电晕放电【基于电晕放电的新型空气传输系统】
时间：2019-01-21 03:28:01 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要:本文将提出一种基于EHD电流体泵机理实现空气传输的新型装置的设计方案。该装置有别于传统空气传输装置,无须电机驱动,不存在摩擦生热、风扇转动等能量损耗,大大提高了能量的利用率。文中将就该装置的设计原理进行论述。
关键词:EHD;离子风;电晕放电;电流体泵
随着科学技术的发展,现代人对家居环境质量的要求日益提高,高噪音的风扇空气压缩机等设备的噪音成为一大困扰,同时由于全球能源危机的加剧,特别是在我国建设节约型社会的倡导下,摒除传统电机驱动风扇做功的新型装置日益受到研究者关注。研究表明在电晕放电时会产生高速离子射流流动,这种离子射流对周围流体流动产生强烈的扰动,形成附加的流体运动,即所谓的电诱导二次流。离子的高速运动将会催动空气的流动。这为我们研究新兴空气传输装置提供了思路。特别是近年来,随着电流体动力学的发展,在EHD领域的电流体泵机理成为高压直流下空气流动的研究基础。本文将从电流体泵驱动机理方面定性阐述装置的理论基础,并提出一种简单的实现装置,即利用单片机控制的高压直流电源驱动电晕放电,结合线板式电极设计,形成一个完整的空气传输装置。
一、EHD原理实现空气传输的定性分析
(一)机理简介。EHD(Electrohydrodynamics,电流体动力学)作为流体力学 的一个重要分支,其研究方向为电场对流体介质的作用,也被看做是在运动电介质中的电场力学。介于此,在电场中,空气作为一种特殊的电介质会产生很多重要的现象,其中在强化传热方面、电流体泵方面渐渐为各方所重视。本文结合EHD领域电流体泵机理,着重讨论EHD在空气传输方面的应用,其中涉及直流高压放电下空气流动的数学建模计算。电流体泵有两种驱动机理,一是利用高压直流电场驱动流体,即离子泵拖拽,另一种是高压行波驱动流体;其介质中电荷来源于高压电极发射的单极性离子或是电解质分子受电击所产生的离子。本文正是讨论在直流高压下,由线―线电极放电促成“离子雪崩”效应,大量离子带动空气流动,从而实现空气传输的效应。
二、系统总体设计
该系统的基本结构如图3所示,它由电晕极、直流高压电源、收集极和气流通道组成。 其基本原理为,空气中的电子和离子在强电场的加速下,碰撞空气中的中性分子。使空气分子电离产生电子和正离子,能量足够大的电子继续撞击中性空气分子又使其电离产生电子和离子,与此同时有些能量不够大的电子吸附在空气中性分子中产生负离子,诱导其发生电子雪崩。空中的正离子在电场的作用加速,于此同时正离子将所获得的动能传递给空气分子,使其向前运动产生空气流。电晕放电以电晕为特点的一种放电,本装置是依据电晕放电而产生离子风。在电极制作上,吸取国内外在电晕放电领域的研究成果,通过大实验确定电极形状及间距。电源上,运用单片机技术保证脉冲频率及其波形以利于最大限度的电离空气。
三、电极结构设计
(一)电晕放电原理。本作品电极的设计基于脉冲电晕放电原理。脉冲电晕放电法脉冲放电产生等离子体的基本物理过程如下:在前沿陡峭、脉宽窄的脉冲高电压作用下,放电电极间的气体击穿,形成不均匀的很细的火花通道。电离产生的电子在电场作用下,以很高的速度向阳极运动,使气体进一步电离,形成电子流,电子流逐步扩大以致沟通整个放电通道,使储存在电容器上的电能通过放电通道迅速地释放。由于电容器释放出较大的能量,脉冲电流很大,可达每平方厘米数千安培,因而会在电极间形成等离子体。
(二)线板式电极结构。常见的脉冲放电等离子体反应容器有三种:线――筒(应该把―都改成――),线――板和针――板。本装置中将采用线――板式电极结构,线板型电极特性。放电线数一定时,线板电极间距增加,脉冲电压峰值和直流偏压增加,单次放电能量减小。线板电极间距一定时,随着线线间距变化,反应器上放电电压的峰值、流光能量有一最大值范围,直流偏压随着线线间距的增加而降低并渐趋稳定。本实验中线线与线板间距大致相当时,流光能量较大。线板电极间距一定时,随放电线间距增加,放电线数减少,峰值电压、直流偏压和流光消耗的能量逐渐减小并趋于平缓。但直流偏压在放电线数少到一定值时有增加趋势。
此为我们设计同性电极间距与异性电极间距及整个电极排布布局的依据。
四、驱动电源设计
电源作为本装置重要的工作元件,要求具有高频高压,稳定高效,低成本等优点。针对本装置的要求――产生电子雪崩效应应满足以下要求。
首先,鉴于上文所述脉冲电晕放电的相对直流电晕的优点,我们选用脉冲电晕放电,即要求脉冲频率可调,脉冲频率频率在1KHz到100KHz可调,电压上升时间
