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等离子体及应用专委会委员卞星明研究新进展:极不均匀电场作用下颗粒物动力学特性研究进展
发表时间:2018/12/6 9:15:39  点击:219

近日,专委会委员、华北电力大学新能源电力系统国家重点实验室卞星明副教授(教育部霍英东基金、中国科协青年人才托举工程项目获得者)所在研究团队发现:直流标称电场作用下,细颗粒物会在金属导体表面形成平行线式颗粒链及局部锥状颗粒堆这个有趣的自然现象。研究团队建立了颗粒物在直流导体表面输运、沉积的数学物理模型,指出了极不均匀电场引起的介电泳力和颗粒物之间的相互作用是导体表面颗粒物产生规则沉积的根本原因,进一步证明了颗粒物积聚对于导线电晕放电效应的促进作用。相关工作发表在应用物理学的顶级杂志Applied Physics Letters, 2018113204102 上,这是该研究组在这一研究方向取得Applied Physics Letters, 2012101:174103IEEE Trans. Dielectrics and Electrical Insulation, 2017, 24: 382-390Science China Technological Sciences, 201861: 1197–1206等成果后取得的又一重要进展。

在封闭的人工气候实验室内,通过燃香模拟我国北方常见的细颗粒物,在导线地极不均匀电场结构下进行颗粒物的积聚实验。在场发射电子显微镜下发现颗粒物在导体表面呈现有序沉积平行线式颗粒链及局部锥状颗粒堆这个有趣的自然现象(a)。为了揭示该自然现象产生的机理,研究团队建立了电场、力场耦合作用下颗粒物输运、沉积的动力学模型,通过分析颗粒物在导体表面附近的受力与颗粒物的运动过程(b),说明颗粒物在极不均匀电场作用下偶极子相互作用是促进颗粒物之间积聚并形成平行线式颗粒链锥状颗粒堆的关键因素(c)。本研究也通过对比积污前后导线电晕放电效应,表明这种表面颗粒物沉积形貌的出现对于电晕放电具有促进作用,和污秽地区实际运行的导线中观测到的现象一致。

该研究从微观角度分析了带电导体附近颗粒物场间、颗粒物颗粒物间、颗粒物界面间的相互作用,有助于形成和拓展对极不均匀电场作用下细颗粒流体系的科学认识,为细颗粒物的输运、沉积和清除等相关技术的应用提供了理论指导。

该研究得到了国家自然科学基金、教育部霍英东基金和国家电网公司科技项目的资助。感谢陆家榆教授级高工、王黎明教授、美国凯特灵大学Huseyin Hiziroglu教授等提供的指导。

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文章链接:https://aip.scitation.org/doi/full/10.1063/1.5044389