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专利号: 2022100109827
申请人: 西安理工大学
专利类型:发明专利
专利状态:已下证
更新日期:2026-05-14
缴费截止日期: 暂无
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摘要:

权利要求书:

1.分解产物与绝缘材料表面相容性的仿真方法,其特征在于,包括以下步骤:

步骤一,建立并求解化学动力学模型,确定环保气体局部放电分解产物的组分;

步骤一中化学动力学模型将放电空间分为等离子体区和气体区,所述等离子体区的半径为放电半径,高度为针板电极之间的距离,气体区为包围等离子体区的同轴圆柱区域;在所述等离子体区发生电子碰撞反应、离子与离子的重组反应、离子与中性粒子之间的电荷交换反应以及中性粒子与中性粒子之间的元素交换反应;在所述气体区由等离子体区扩散出来的中性粒子与气体区的背景气体发生化学反应;

对所述等离子体区和气体区中中性粒子的扩散过程进行耦合,局部放电过程中,电场变化影响放电的强弱,是放电发生的激励条件;完整的化学动力学模型如式(1)~(3)所示:式中,t为时间,cpj为等离子体区第j个粒子的数密度,νij,ν′ij分别为化学反应方程左边和右边的化学计量数,ki为第i个化学反应的反应速率常数,cpl为等离子体区第i个化学反应中第l个粒子的数密度,νil为第i个化学反应方程左边的第l个粒子的化学计量数,Dkj为第j个粒子在第k种背景气体种的扩散系数,cgj为气体区第j个粒子的数密度,rp为等离子体区的半径,rg为气体区的半径,Sp为等离子体区的表面积,Vp为等离子体区的体积,cgl为气体区第i个反应方程中第l个粒子的数密度,Vg为气体区的体积,E为电场,Em为电场最大值,τpls为脉冲持续时间;

通过耦合求解(1)~(3),能够得到环保型气体持续局部放电下分解产物的演化特性,从而确定任意时刻环保气体局部放电分解产物的组分;

步骤二,通过局部放电分解产物的组分建立分解产物与绝缘材料的反应分子动力学模型,在分子动力学每次循环时,根据ReaxFF反应力场,计算下一时刻原子间的距离和键能,从而获取下一时刻原子间的连接情况,判断化学键的断裂和生成;

步骤三,通过追踪化学键断裂和形成,获取每种分解产物与绝缘材料的作用机理,从而判断分解产物与绝缘材料的相容性。

2.如权利要求1所述的分解产物与绝缘材料表面相容性的仿真方法,其特征在于,所述步骤二包括:

步骤2.1,任意选取步骤一计算出来的某一时刻分解产物的组分,采用Material Studio软件建立分解产物与绝缘材料的模型,将分解产物与绝缘材料的模型分别在NVT系综和NPT系综下弛豫一段时间,使模型体系达到平衡态;

步骤2.2,将步骤2.1中达到平衡态的模型导入Lammps分子动力学模拟软件,选择ReaxFF力场来计算分解产物与绝缘材料的化学反应机理,在分子动力学每次循环时,根据当前时刻系统的势能,计算下一时刻原子间的距离和键能,从而获取下一时刻原子间的连接情况,判断化学键的断裂和生成;通过循环迭代,实现对化学反应过程的分子动力学模拟。

3.如权利要求1所述的分解产物与绝缘材料表面相容性的仿真方法,其特征在于,所述步骤三包括:

通过追踪化学键断裂和形成,获取每种分解产物与绝缘材料的作用机理:如果仅仅发生吸附,表明该分解产物与绝缘材料的相容性很好,如果绝缘材料发生化学键变化,且在放电过程中化学反应反应不可逆,表明相容性较差。