一种利用空间电荷密度来优化电离器接地电极尺寸的方法与流程

本发明属于直流离子化电离发生装置领域，尤其涉及一种根据空间电荷密度大小确定其接地电极尺寸的方法。

背景技术：

1、直流离子化电离发生装置广泛应用于加电吸附、静电消除等工业生产过程，其电离性能(即产生的空间电荷数量的多少)直接决定着产品的使用效果。

2、其中，棒型直流离子化电离发生装置，因其体积小、结构简单、覆盖长度尺寸大、便于安装等优点，而得到广泛应用。

3、现有棒型直流离子化电离发生装置，见图1所示，其结构中心部位设置一排针形放电极，用于电离空气产生空间电荷；而在其两侧则设置一对接地电极，与针形放电极之间形成一有效的空间电场，以激发电离，产生空间电荷。

4、其中，接地电极的尺寸是影响电离发生装置性能的重要、关键参数之一。

5、现有技术方案，存在如下技术缺陷：

6、1)现有棒型直流离子化电离发生装置，未深入探究其接地电极尺寸对整体放电性能的影响，经常因接地电极尺寸过大或过小，导致空间电荷产生量较小，无法满足使用需求。

7、2)现有棒型直流离子化电离发生装置的接地电极与针形电极的相对位置设置不合理，导致接地电极与针形放电极绝缘距离过小，易引发火花放电或沿面放电，最终造成棒芯材料绝缘损坏。

8、由于接地电极尺寸及接地电极与针形电极的相对位置的相关试验测试，依赖棒芯模具的不断更改，试验物料、设备、时间等成本非常高，故其试验成本较高，效率低下。

9、如何能够根据棒型直流离子化电离发生装置性能的关键参数，得到最佳的接地电极尺寸数据，在不改变整体设计尺寸的前提下，实现装置性能的最大化；且不需要对棒芯模具进行不断更改，不需要耗费大量的试验物料、设备，以降低物料、设备投入及研制时间成本，提高研发效率，是实际工作中急待解决的一个重要技术问题。

技术实现思路

1、本发明所要解决的技术问题是提供一种利用空间电荷密度来优化电离器接地电极尺寸的方法。其采用有限元分析的方式，通过对“不同接地电极尺寸下的空间电荷密度”这一反应棒型直流离子化电离发生装置性能的关键、直接参数的仿真计算，得到最佳的接地电极尺寸数据，在不改变整体设计尺寸的前提下，实现装置性能的最大化；避免因绝缘距离过小引发火花放电或沿面放电，造成棒芯材料绝缘损坏；其不需要对棒芯模具进行不断更改，不需要耗费大量的试验物料、设备，大幅降低了物料、设备投入及研制时间成本，提高了研发效率。

2、本发明的技术方案是：提供一种利用空间电荷密度来优化电离器接地电极尺寸的方法，其特征是：

3、1)根据棒型直流离子化电离发生装置的纵向剖面结构，构建适用于仿真的结构模型；

4、2)根据产品实物，以远离针形放电极处，设定接地电极起始位置，尺寸变量及尺寸范围；

5、3)依据产品实际安装距离设置求解域结构，形成直流电晕放电求解空间；

6、4)建立整个求解域的电晕放电物理场模型；

7、5)根据产品实物及发生的实际物理过程，合理设定模型的边界参数；

8、6)对求解域划分网格，进行有限元计算求解；

9、7)得到设定安装距离所对应位置的空间电荷密度分布数据；

10、8)对空间电荷密度分布数据进行曲线积分，得到总的空间电荷密度值；

11、9)重新设定接地电极尺寸，重复上述仿真过程，得到重新设定的接地电极尺寸所对应的总空间电荷密度值；

12、10)对不同接地电极尺寸下的总电荷密度值进行比较，选出空间电荷密度最大值所对应的接地电极尺寸。

13、进一步的，所述优化电离器接地电极尺寸的方法，通过采用有限元分析模式以及仿真的结构模型，选出能够产生较大空间电荷数量的最小接地电极尺寸，此接地电极尺寸同时也兼顾到了接地电极与针形放电极之间的绝缘距离。

14、具体的，所述的仿真的结构模型，忽略了对外部放电不构成影响的棒芯内部结构，并将接地电极简化为一垂直的线。

15、具体的，所述接地电极起始位置，位于远离针形放电极的一端。

16、进一步的，所述的求解域的电晕放电物理场模型如下：

17、

18、

19、

20、j＝zqμiρe

21、其中，d为电位移，ρv为空间电荷密度，e为电场强度，v为静电压，j为电流密度，s为电流源项，zq为电荷数，μi为离子迁移率。

22、进一步的，所述的模型的边界参数设定如下：

23、设定零电荷绝缘边界：ngd＝0；

24、设定空气介电屏蔽边界层：其中：ds为介电屏蔽层厚度，εr为介电层相对介电常数；

25、设定法相电流零通量边界：-ngj＝0；

26、设定针形放电极电压边界：v＝5600，v＝6000，v＝7000，v＝7500，v＝8000；

27、分别在上述放电电压下进行多种接地电极尺寸的仿真计算。

28、更进一步的，在空间电荷产生量相近的情况下，优先选择较低的放电电压。

29、具体的，所述优化电离器接地电极尺寸的方法，通过对“不同接地电极尺寸下的空间电荷密度”参数的仿真计算，得到最佳的接地电极尺寸数据，在不改变整体设计尺寸的前提下，实现装置性能的最大化。

30、进一步的，所述优化电离器接地电极尺寸的方法，以远离针形放电极的一端作为接地金属电极的起始端，来计算、优化接地电极尺寸，以确保兼顾到接地电极与针形放电极之间的绝缘距离，避免绝缘距离过小引发火花放电或沿面放电，造成棒芯材料绝缘损坏。

31、本发明所述优化电离器接地电极尺寸的方法，提供了根据空间电荷密度大小，确定棒型直流离子化电离发生装置接地电极尺寸的仿真试验方法；通过有限元分析的模式，计算得出棒型直流离子化电离发生装置的最佳接地电极尺寸，以使其电离出的空间电荷密度达到最大值。

32、与现有技术比较，本发明的优点是：

33、1.本发明的技术方案，通过对“不同接地电极尺寸下的空间电荷密度”这一反应棒型直流离子化电离发生装置性能的关键、直接参数的仿真计算，得到了最佳的接地电极尺寸数据，在不改变整体设计尺寸的前提下，实现了装置性能的最大化。

34、2.本发明的技术方案，以远离针形放电极的一端作为接地金属电极的起始端，来计算、优化接地电极尺寸，如此则确保兼顾到了接地电极与针形放电极之间的绝缘距离，避免绝缘距离过小引发火花放电或沿面放电，造成棒芯材料绝缘损坏。

35、3.本发明的技术方案，不需要对棒芯模具进行不断更改，不需要耗费大量的试验物料、设备，大幅降低了物料、设备投入及研制时间成本，提高了研发效率。

技术特征：

1.一种利用空间电荷密度来优化电离器接地电极尺寸的方法，其特征是：

2.按照权利要求1所述的利用空间电荷密度来优化电离器接地电极尺寸的方法，其特征是所述优化电离器接地电极尺寸的方法，通过采用有限元分析模式以及仿真的结构模型，选出能够产生较大空间电荷数量的最小接地电极尺寸，此接地电极尺寸同时也兼顾到了接地电极与针形放电极之间的绝缘距离。

3.按照权利要求1所述的利用空间电荷密度来优化电离器接地电极尺寸的方法，其特征是所述的仿真的结构模型，忽略了对外部放电不构成影响的棒芯内部结构，并将接地电极简化为一垂直的线。

4.按照权利要求1所述的利用空间电荷密度来优化电离器接地电极尺寸的方法，其特征是所述接地电极起始位置，位于远离针形放电极的一端。

5.按照权利要求1所述的利用空间电荷密度来优化电离器接地电极尺寸的方法，

6.按照权利要求1所述的利用空间电荷密度来优化电离器接地电极尺寸的方法，其特征是所述的模型的边界参数设定如下：

7.按照权利要求1所述的利用空间电荷密度来优化电离器接地电极尺寸的方法，其特征是在空间电荷产生量相近的情况下，优先选择较低的放电电压。

8.按照权利要求1所述的利用空间电荷密度来优化电离器接地电极尺寸的方法，其特征是所述优化电离器接地电极尺寸的方法，通过对“不同接地电极尺寸下的空间电荷密度”参数的仿真计算，得到最佳的接地电极尺寸数据，在不改变整体设计尺寸的前提下，实现装置性能的最大化。

9.按照权利要求1所述的利用空间电荷密度来优化电离器接地电极尺寸的方法，其特征是所述优化电离器接地电极尺寸的方法，以远离针形放电极的一端作为接地金属电极的起始端，来计算、优化接地电极尺寸，以确保兼顾到接地电极与针形放电极之间的绝缘距离，避免绝缘距离过小引发火花放电或沿面放电，造成棒芯材料绝缘损坏。

10.按照权利要求1所述的利用空间电荷密度来优化电离器接地电极尺寸的方法，其特征是所述优化电离器接地电极尺寸的方法，提供了根据空间电荷密度大小，确定棒型直流离子化电离发生装置接地电极尺寸的仿真试验方法；通过有限元分析的模式，计算得出棒型直流离子化电离发生装置的最佳接地电极尺寸，以使其电离出的空间电荷密度达到最大值。

技术总结
一种利用空间电荷密度来优化电离器接地电极尺寸的方法，属直流离子化电离发生装置领域。包括设定接地电极起始位置；形成直流电晕放电求解空间；建立电晕放电物理场模型；设定模型的边界参数；进行有限元计算求解；得到设定安装距离所对应位置的空间电荷密度分布数据；对空间电荷密度分布数据进行曲线积分，得到总的空间电荷密度值；对不同接地电极尺寸下的总电荷密度值进行比较，选出空间电荷密度最大值所对应的接地电极尺寸。其对“不同接地电极尺寸下的空间电荷密度”进行仿真计算，兼顾接地电极与针形放电极之间的绝缘距离，得到棒型直流离子化电离发生装置的最佳接地电极尺寸数据。可广泛用于直流离子化电离发生装置的设计和制造领域。

技术研发人员：孙卫星,李鹏,杨庆瑞
受保护的技术使用者：上海安平静电科技有限公司
技术研发日：
技术公布日：2024/3/11