靜電火花試驗(yàn)系統(tǒng)及其靜電點(diǎn)火能量計(jì)算方法研究.pdf

1、非金屬高分子材料作為非電氣絕緣材料在礦井下以及其他工業(yè)領(lǐng)域得到越來(lái)越多的應(yīng)用。高分子材料表面一經(jīng)摩擦就容易產(chǎn)生靜電,靜電積累會(huì)給工業(yè)生產(chǎn),特別是煤礦生產(chǎn)帶來(lái)嚴(yán)重的安全隱患。長(zhǎng)期以來(lái),國(guó)內(nèi)外對(duì)非電氣絕緣材料的抗靜電性能檢測(cè)均采用檢測(cè)非金屬制品的表面電阻率(或體積電阻率)的方法來(lái)評(píng)判其抗靜電性能。這種檢測(cè)方法雖然簡(jiǎn)單,但是不能直接反應(yīng)出非金屬制品的抗靜電性能。本論文設(shè)計(jì)了一套非金屬制品抗靜電性能的靜電火花試驗(yàn)系統(tǒng)用于直接檢測(cè)非金屬制品抗靜電

2、性能。并通過(guò)基于流體-化學(xué)的等離子體方法進(jìn)一步分析了系統(tǒng)內(nèi)靜電火花點(diǎn)火的機(jī)理。本文所做工作與結(jié)論如下:
　　①研究設(shè)計(jì)了一套用于檢測(cè)非金屬制品抗靜電性能的靜電火花試驗(yàn)系統(tǒng)。根據(jù)系統(tǒng)功能與現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)條件,制定了系統(tǒng)摩擦室、爆炸室的尺寸,確定了試驗(yàn)條件控制系統(tǒng)方案參數(shù),提出了涉及本系統(tǒng)測(cè)試分析過(guò)程的三大關(guān)鍵技術(shù)。
　　②計(jì)算了試驗(yàn)系統(tǒng)內(nèi)甲烷-空氣混合氣體的最小點(diǎn)火能量。分析了不同條件下混合氣體的最小點(diǎn)火能影響因素。結(jié)果表明:隨著電

3、極間距的增大,最小點(diǎn)火能也隨之逐漸變大,當(dāng)間距達(dá)到5mm時(shí),點(diǎn)火能量為0.47mJ。
　　③提出了基于電磁能量差原理的試驗(yàn)系統(tǒng)火花放電點(diǎn)火能量計(jì)算方法。確定了不同條件下用于點(diǎn)火的最大能量。計(jì)算了點(diǎn)火能量耦合系數(shù)閾值,并通過(guò)分布電容矩陣計(jì)算了不同情況下點(diǎn)火電壓、臨界電荷閾值,結(jié)果表明:電極間距越大,點(diǎn)燃可燃?xì)怏w所需達(dá)到的點(diǎn)火能量耦合系數(shù)越高。在間距為5mm電極間距情況下,點(diǎn)火電壓閾值為13.3959kV,臨界電荷量為0.0807μC

4、。提出了以臨界電荷為特征量的非金屬試驗(yàn)材料六級(jí)分類方法,論文還設(shè)計(jì)了靜電高壓驗(yàn)證試驗(yàn),試驗(yàn)結(jié)果誤差為2.16％,驗(yàn)證了本系統(tǒng)的可靠性。
　　④建立了基于流體-化學(xué)的二維等離子體火花放電模型。從微觀粒子間碰撞與化學(xué)反應(yīng)過(guò)程的角度出發(fā),仿真分析了火花放電擊穿過(guò)程。分析了微觀粒子間碰撞反應(yīng),解釋了火花放電過(guò)程中火花電弧的發(fā)熱過(guò)程中焦耳熱為整個(gè)鞘層粒子間的碰撞提供了能量。彈性碰撞和非彈性碰撞使能量從一種粒子轉(zhuǎn)移到另一種粒子或者變成熱能耗散