气体放电数值仿真方法PDF电子书下载

第1章 绪论 1

1.1 气体放电现象研究简要回顾 1

1.2 气体放电过程数值仿真方法 2

1.3 撰写本书的目的 3

参考文献 4

第2章 气体放电过程数学表述 5

2.1 连续介质的基本运动方程 5

2.1.1 体积分的物质导数 5

2.1.2 连续方程 7

2.1.3 运动方程 8

2.1.4 能量守恒方程 9

2.2 基于动力学的气体放电过程的数学表述 10

2.2.1 电子的产生、消失及其连续性方程 10

2.2.2 负离子的产生和消失及其连续性方程 13

2.2.3 正离子的产生和消失及其质量方程 13

2.3 中性粒子的质量方程 13

2.3.1 中性粒子的动量输运方程 14

2.3.2 带电粒子的动量输运方程 16

2.3.3 能量输运方程 17

2.4 电磁场方程 19

2.5 气体放电问题的边界条件 21

参考文献 22

第3章 气体放电基本理论 23

3.1 汤逊碰撞电离理论 23

3.1.1 电子碰撞电离的α过程 23

3.1.2 γ过程和自持放电条件 24

3.2 流注理论的物理概念 25

3.2.1 光致电离模型 25

3.2.2 Raether判据 26

3.2.3 Meek判据 28

3.2.4 流注形成机理 30

3.3 带电粒子在电场中的行为 33

3.3.1 离子在电场中的迁移运动 33

3.3.2 电子在电场中的运动规律 35

3.3.3 电场中电子的速度分布 36

3.4 气体放电过程的复杂性 37

3.4.1 纳秒脉冲下气体放电模型 37

3.4.2 气体放电过程的混沌现象 39

3.4.3 气体放电轨迹分岔现象 40

参考文献 40

第4章 气体放电参数确定方法 42

4.1 Boltzmann方程 42

4.1.1 Boltzmann数值仿真微分法 43

4.1.2 Boltzmann仿真积分变换法 45

4.2 Monte Carlo法 47

4.2.1 Monte Carlo仿真 48

4.2.2 模型建立 48

4.3 仿真实例 57

4.3.1 电子碰撞概率模型 57

4.3.2 粒子运动过程表述 58

4.3.3 记录数据 61

4.3.4 仿真结果及讨论 61

参考文献 66

第5章 基于电子崩理论的气体放电仿真计算 67

5.1 电子崩模型 67

5.2 均匀电场下电子崩发展过程仿真 69

5.2.1 均匀电场下电子崩数学模型 69

5.2.2 仿真计算 69

5.3 相关计算参数的选择 72

5.3.1 电离系数α的选取 72

5.3.2 电子漂移速度的选取 72

5.3.3 扩散系数的选取 73

5.4 计算结果 74

5.4.1 空气中电子崩发展过程计算结果 74

5.4.2 SF6气体中电子崩发展过程计算结果 76

5.5 计算结果讨论 78

5.6 非均匀电场下电子崩发展过程仿真 79

5.6.1 模拟电荷法 79

5.6.2 空气正针尖电子崩发展过程计算结果 87

5.6.3 空气负针尖电子崩发展过程计算结果 89

5.6.4 SF6正针尖电子崩发展过程计算结果 91

5.6.5 SF6负针尖电子崩发展过程计算结果 93

5.6.6 结果讨论 95

参考文献 96

第6章 气体放电FCT仿真方法 97

6.1 气体放电模型 97

6.2 数值仿真FCT法 98

6.3 计算实例 103

6.4 均匀电场下SF6及其与N2混合气体放电特性 110

6.4.1 SF6正流注放电特性 110

6.4.2 SF6负流注放电特性 120

6.5 SF6/N2混合气体放电特性 125

6.5.1 50%-50% SF6/N2正流注放电特性 126

6.5.2 50%-50% SF6/N2负流注放电特性 131

6.5.3 相关讨论 138

参考文献 139

第7章 基于流体化学反应模型的空气/SF6放电仿真 140

7.1 非均匀场气体放电物理过程 140

7.2 气体放电的化学反应形式 141

7.3 气体放电模型 145

7.3.1 数值模型 146

7.3.2 放电过程的化学反应 147

7.4 空气放电过程仿真分析 149

7.4.1 空气放电仿真模型 149

7.4.2 空气放电特性 149

7.4.3 实验 154

7.5 SF6气体放电仿真 158

7.6 相关结论 164

参考文献 165

第8章 纳秒脉冲SF6放电PIC-MCC仿真 166

8.1 研究现状 166

8.2 气体放电分析方法 167

8.3 PIC-MCC法 167

8.3.1 PIC法 168

8.3.2 MCC法 171

8.3.3 PIC-MCC算法实现 176

8.4 SF6电子输运参数 176

8.4.1 碰撞截面对输运参数的影响 177

8.4.2 校正后的电子输运参数 179

8.5 纳秒脉冲下SF6放电过程分析 181

8.5.1 纳秒脉冲下SF6放电过程 181

8.5.2 初始条件对放电过程的影响 185

8.5.3 结果讨论 194

参考文献 194

第9章 电极介质覆盖气体放电的非线性行为 195

9.1 混沌概念 195

9.1.1 Hopf分岔 195

9.1.2 混沌现象 195

9.1.3 最大李雅普诺夫指数 196

9.2 大气压短气隙放电模型 197

9.2.1 非电负性气体放电过程表述 198

9.2.2 电负性气体放电过程表述 199

9.2.3 非线性方程的SG算法 200

9.3 短气隙放电过程 201

9.3.1 短间隙N2放电动力学特性 201

9.3.2 短间隙空气放电动力学特性 208

9.4 大气压短气隙放电的影响因素 212

9.4.1 外施电压幅值对短气隙放电的影响 212

9.4.2 外施电压频率对短气隙放电的影响 215

9.4.3 电介质及间距对气隙放电的影响 218

9.5 电极覆盖短气隙放电的混沌演化 220

9.5.1 准周期道路通向混沌演化 220

9.5.2 倍周期道路通向混沌演化 225

参考文献 229

第10章 气体放电轨迹的分岔现象 230

10.1 气体放电经典理论 230

10.1.1 汤逊理论 230

10.1.2 流注理论 231

10.1.3 非均匀电场气隙的击穿 232

10.2 气体放电轨迹与分形 233

10.3 电介质放电过程的分形表征 234

10.3.1 计盒维数 234

10.3.2 计盒维数的计算 234

10.4 基于WZ模型的SF6放电通道分叉特性 235

10.4.1 数值仿真模型 236

10.4.2 数值计算模型电极结构及求解区域划分 237

10.4.3 数值仿真步骤 237

10.5 数值仿真计算SF6放电通道分叉特性 239

10.5.1 发展概率指数η对放电通道发展的影响 239

10.5.2 放电阈值场强Ec对放电通道发展的影响 241

10.5.3 维持电场Es对放电通道发展的影响 242

10.6 基于改进WZ模型的SF6放电通道分叉特性 244

10.6.1 短气隙放电通道发展概率模型 245

10.6.2 数值仿真流程图 246

10.7 SF6放电通道分叉演化过程 248

10.7.1 外施电压对放电通道发展的影响 250

10.7.2 流注区电导率对放电通道发展的影响 253

10.8 短空气隙放电通道分叉特性与实验印证 255

10.8.1 短空气隙放电通道分叉特性 255

10.8.2 短空气隙放电实验 257

10.9 相关讨论 260

参考文献 261

附录 262