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1、尖端放电现象以及尖端尺寸对放电的影响摘要：为了更好地对尖端放电现象趋利避害，需要研究其原理与影响因素。可以利 用Maxwell 2D工程这一软件，通过构造正八边形圆弧尖端模型三角尖端模型进 行建模，然后设置激励源材料边界条件求解域等基本参数进行求解，得出数据图。 分析可知，电场都集中分布在导体表面，能量只集中分布在导体尖端附近，越尖锐的位 置，导体尖端的电荷密度越大，附近的场强很强，能量也集中分布在尖端附近。Abs trac tTheory in order to better to the phenomenon of point discharge, it is necessary to s
2、tudy the principle and influencing factors. This software can use Maxwell2D engineering, through constructing octagon, arc cutting edge model, triangle tip model to model, And then set drive source, material, boundary condition, solving domain are applied to solve the basic parameters, such as data
3、graphs are obtained. Analysis shows that the electric field is concentrated distribution in the conductor surface, the energy concentrated distribution in the conductor of tip, the more sharp, conductor cutting-edge charge density, the greater the near field intensity is very strong, the energy is c
4、oncentrated near the tip.引言尖端放电是在强电场作用下，物体尖锐部分发生的一种放电现象。属于一种电晕放电。通常情况下，空气是不导电的，但是如果电场特别强，空气分子中的正负电荷受 到方向相反的强电场力，有可能被“撕”开，这个现象叫做空气的电离。由于电 离后的空气中有了可以自由移动的电荷，空气就可以导电了，空气电离后产生的负电荷就是负离子，失去电子的电荷带正电，叫做正离子。（对孤立导体）导体表面有电荷堆积时，电荷密度与导体表面的形状有关。在凹 的部位电荷密度接近零,在平缓的部位小，在尖的部位最大。当电荷密度达到一 定的量值后，电荷产生的电场会很大，以至于把空气击穿（电离），
5、空气中的与 导体带电相反的离子会与导体的电荷中和，出现放电火花，并能听到放电声。 避雷针是另外一个好的例子。高大建筑物上安装避雷针，当带电云层靠近建筑物 时，建筑物会感应上与云层相反的电荷，这些电荷会聚集到避雷针的尖端，达到 一定的值后便开始放电，这样不停的将建筑物上的电荷中和掉，永远达不到会使 建筑物遭到损坏的强烈放电所需要的电荷。雷电的实质是2个带电体间的强烈的 放电，在放电的过程中有巨大的能量放出。建筑物的另外一端与大地相连，与云 层相同的电荷就流入大地。显然，要使避雷针起作用，必须保证尖端的尖锐和接 地通路的良好，一个接地通路损坏的避雷针将使建筑物遭受更大的损失。原理解释1.在导体的带
6、电量及其周围环境相同情况下，导体尖端越尖，尖端效应越明 显。这是因为尖端越尖，曲率越小，面电荷密度越高，其附近场强也就越强。在同 一导体上，与曲率小的部位相比，曲率大的部位就是尖端。因此，设备的边棱。 角相对于平滑表面，管道的喷嘴相对于管线，细导线相对于粗导线，人的手指相 对于背部等等，前者都可认为是尖端，都容易产生尖端效应。而且，即使带电体没 有尖端，而与之相邻近的接地导体具有尖端，它们之间也会产生尖端效应。此时， 由于静电感应,在接地体的尖端处会感应出异性电荷，并容易与带电体之间发生 放电。2尖端放电的形式主要有电晕放电和火花放电两种。在导体带电量较小而尖端又 较尖时，尖端放电多为电晕型放
7、电。这种放电只在尖端附近局部区域内进行，使这部 分区域的空气电离,并伴有微弱的荧光和嘶嘶声。因放电能量较小，这种放电一 般不会成为易燃易爆物品的引火源,但可引起其它危害。在导体带电量较大电位 较高时，尖端放电多为火花型放电。这种放电伴有强烈的发光和破坏声响，其电 离区域由尖端扩展至接地体（或放电体），在两者之间形成放电通道。由于这种放 电的能量较大，所以其引燃引爆及引起人体电击的危险性较大。3.火花型尖端放电随两极间距的减小而更易发生。这可由击穿电压随极间距离 的减小而下降来说明。4尖端放电的发生还与周围环境情况有关。环境温度越高越容易放电。因为温 度越高，电子和离子的动能越大，就更容易发生电
8、离。另外，环境湿度越低越容 易放电。围为湿度高时空气中水分子增多，电子与水分子碰撞机会增多，碰后形成活动能力很差的负离子，使碰撞能量减弱。再者，气压越低越容易放电。因为 气压越低气体分子间距越大，电子或离子的平均自由程越大,加速时间越长，动 能越大，更容易发生碰撞电离。数学建模正八面体模型圆弧和尖端模型仿真步骤打开 Maxwell sv,新建 Maxwell 2D工程。slover选择 Electrostatic； Drawing选择 XY Plane。1. 绘制模型画曲线，用ObjectPolyline画直线和折线。定义：三角尖端模型为one，红色; 圆弧尖端模型为two,红色;水平板为gr
9、ound，褐色；2. 设置材料两个尖端和平行板材料均选为铜。选中object，在Material栏中选择copper,然后左击Assign。A Material Xtup yaintao章 Single Select Multiple SelectSelectD e s e Le c t AllIncludeExcludeOL j ec tMaterialbackgroandvacugroundeoppeionecoppeitwocoppexMaterial IMaterialDefini七ion匕已壬Ion based titaniijm tungstenEkx 七 emalHjx 七 eT
10、nal(Lock)(LockLockvac 口 uniEstemal(LoGkwater distilledwater fresh water seazi_ncExt亡hh谊丄 Extern且丄 External External(Lock) (Lock) (Lock (Lock)3. 设置激励源点击EditSelectObjectBy Clicking；选中要编辑的物体。点击AssignSouceSolid,名称sourcel出现在Boundary栏中。在图形下方“charge”和“voltage”选 voltage,然后将 Value 中的设为 100000V。点击Assign。按上述步骤
11、设定one和two的电压为100000V，设定ground的电压值为 0V。点 2D BBoundaryBalloon。在 Boundary 栏中出现 balloon 1。在图形显示区域 下方选择Chargeo点击Assign。Name： JbnllaonlColor |j |P BalloonSpecify hall Don:L VoltageAssignCsnce5. 定义选项在 “Executive Comma nds”窗 口中点击 Setup Executive ParametersMatrix, 出现Capacitanee Matrix Setup窗口。将两尖端定义为Signal L
12、ine,将平板定义为： Ground。如定义尖端：a）在“object栏中点击“one和“two。b）选择“Inculde in matrix”。c）选择“Signal Line,然后点击 Assign。Hmlc I twoF? Include in matzijiC- Signal LineC GiaundAssign|I6点击“slove”，运行。7. 查看求解场图电场分布图点击菜单栏中的 plotFieldmag ESurface-allall-,点击 ok。显示电场强度的幅值分布情况。能量分布图点击菜单栏中的 plotFieldEnergySurface-allall-,点击 ok。显
13、示能量的幅值分布情况。Energy J/jt-3A yaitaa1.2387ei-0031.1149003J 90990023.6722ei-0027.432eH-D025.19374-0024 . &550ei-D023.?l2eH-0(i22.4775e4-0021.238c+0021.4623e-DlCI电压分布图贏 yartiuD工I匡亘1.0M?t+Ci05E. 口 D410S40D4T.aM0e4GD46.aMOe+O045. OM +0044.OM*Ci043.aMQe+QD42.0M10S40D4l.aCM0e4GD40.3C-aie+000结论从电场分布图中我们可以看出，无论是哪种尖端模型，电场都集中分布在导体表面，并且在尖端处明显要比其他位置集中。圆弧尖端模型在尖端处的电场强度比三角尖端模型要大，但三角尖端模型的电场在尖端处更为集中。从能量布图中我们可以看出，能量只集中分布在导体尖端附近，圆弧尖端模型在尖端处的
