《流注到先導轉化過程的實驗觀測與機理研究》是依託清華大學，由耿屹楠擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：流注到先導轉化過程的實驗觀測與機理研究
- 依託單位：清華大學
- 項目負責人：耿屹楠
- 項目類別：青年科學基金項目
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
研究流注-先導轉化過程對特高壓輸電線路與設備的外絕緣具有重要意義。以往研究缺乏對先導通道半徑、溫度、粒子密度的定量測量，對先導通道的熱力學特性關注不足。本課題擬採取實驗研究、理論分析與數值模擬相結合的技術路線，圍繞流注-先導轉化的物理過程與機理進行深入研究。擬採用雷射干涉技術、高速攝像技術、高速數字採樣與光纖傳輸技術對流注-先導轉化過程中的先導半徑、溫度、粒子密度、發展長度、放電電流、注入電荷進行定量測量，分析電壓種類、極性與電極條件的影響，總結流注-先導轉化過程中電漿參數演化規律。同時建立考慮流注根部粒子內能與先導通道熱力學特性的流注-先導能量傳遞模型，模擬各種不同工況下流注-先導轉化的過程與電漿參數演化過程。通過對比驗證，提出流注-先導體系的能量傳遞機制，揭示先導通道的物理本質與形成機理，從而促進長空氣間隙放電理論的發展，具有重要的科學價值與學術意義。
結題摘要
流注-先導轉換過程的特徵參數與機理，對高壓輸電工程空氣間隙絕緣設計、防雷繞擊分析與雷電物理研究均具有重要意義。本課題以1m棒-板空氣間隙先為主要研究對象，提出了流注-先導轉化過程電漿參數測量方法，通過試驗獲取了先導形成與發展過程中熱特性的時空演化規律，建立了流注-先導放電的一維熱力學自洽模型，對流注-先導放電的熱-動力學現象進行解釋。首先，本課題提出了採用雷射干涉的方法測量流注-先導放電熱特性，通過採用連續雷射器為干涉儀光源、CMOS高速攝像儀為干涉圖像接收裝置，實現了對先導放電熱特性的時間分辨觀測。以Mach-Zehnder雷射干涉平台為主體，建立了先導放電多物理參數同步觀測系統，實現了對放電電壓、電流、光學形態、先導通道熱特性的同步觀測。其次， 開展了1 m棒-板間隙在衝擊電壓下的放電試驗，重點對流注-先導轉化過程的氣體動力學現象與熱參數演化規律進行了試驗觀測與定量分析。由時間分辨干涉條紋圖像觀測到了流注-先導轉化過程中的先導通道熱直徑擴張規律、先導通道內（包括負極性放電中的空間先導）氣體密度與氣體溫度的時空演化規律等定量參數。第三， 在已有的流注-先導轉換模型的基礎上，考慮放電通道參數的徑向分布，融合氣體動力學過程與熱傳導過程、粒子輸運過程、細化的能力轉換與弛豫過程，建立了先導放電一維熱力學自洽模型，可對流注-先導放電過程中的氣壓、氣體密度、氣體溫度、流速、粒子組分、電場參數等多種物理量的演化規律進行仿真分析，深入闡釋流注-先導轉換的具體過程與物理機理。
