基于comsol的针板电极设计研究[范文]

摘要：近年来，随着针板电晕放电在工业上的运用越来越广泛，其模型的设计受到了密切的关注。尤其在聚合物表面改性方面，针板电晕放电装置因为其功率密度高，结构相对简单，使用过程中不产生有毒的副产品，而具有广阔的前景。本文利用COMSOL仿真软件对针板电极模型的设计进行研究。从二维模型出发，首先研究单针板放电模型，确定针电极的长度，半径，针尖的曲率半径和针尖到硅橡胶表面的距离。然后研究二维多针板放电模型，找到针尖间距对硅橡胶表面参数的影响，确定直线上的针电极的排布情况。运用二维模型研究结论，搭建三个三维的基础模型，分析电能密度，电场强度和表面电荷密度在硅橡胶表面的分布情况。根据其分布情况，对针电极排布进行改进，尽量使得硅橡胶表面的各种参数分布较为平均。对比改进后的模型，分析三个针板电极模型中硅橡胶表面的电能密度，电场强度和表面电荷密度分布情况，期以找到一个能使硅橡胶表面老化较为均匀的模型。为实验室的研究提供一定的参考。

不同针半径下硅橡胶表面的参数分布

1绪论

1.1研究背景

用多针组成的阵列对极板电极产生的电晕放电是一种新颖的放电方式,这种放电模型可以得到稳定可靠的电晕放电。因其功率密度高、结构相对较为简单、制作比较容易而广泛运用于介质材料的老化，介质阻挡放电等的研究当中。

1.2针板电晕放电工业应用发展概况

截至目前，针板电晕电场广泛的应用于空气净化、生物基因组变异、病毒灭活、聚合物表面的改性和转基因植物培育等方面，并且取得了令人瞩目的成果。

1.2.1针板放电在除尘上的应用

工业上有很多传统的空气净化方法和技术，比如过滤、臭氧除尘，化学催化、静电除尘等方法。运用针板电极电晕放电除尘是一种新兴的空气净化工业技术。其具有效率高，设备较为简单，运行方便等优点。因此，已经在各个工业领域中处理含尘烟气得到了广泛的运用。

多针板放电装置

其除尘的原理为：运用直流的高电压为针板电极电场供电。因为放电的电场强度高，放电稳定而有利于带电荷的微粒的捕捉。从而达到除尘的功能。

1.2.2针板电极电晕放电在病毒灭活方面的应用

长久以来，随着猪流感，禽流感等新型病毒的出现和变异，在空气中如何有效地进行病毒灭活，一直是人们关注的重要内容。不断有新的物理、化学、生物技术被开发和运用到病毒灭后领域当中。前人研究已经证实以针板电晕放电为基础的建立的病毒灭活装置是可行的。针板电晕放电可以产生紫外线，高能电子等携带大量能量的物质。这些物质通过其高能量破坏微生物体从而达到灭绝病毒活性的目的。同时，针板电极电晕放电可以产生大量的自由基，而自由基具有的强烈化学活性可以破坏病毒的活性。针板电晕放电能在较短的时间里完成病毒灭活。

设计的针板电极模型

1.2.3针板电极电晕放电在聚合物表面改性领域的应用

多针对板电极的放电模型可以在大气条件下实现稳定的电晕放电，在聚合物表面改性放面有着很大的应用前景。多针电极对板电极放电不需要真空环境。其在空气中即可实现连续放电，其产生的电子具有足够使化学键断裂的能量。而此时，整个装置系统处在大气压下，可以保持其与环境温度相差不大。同时，多针板电晕放电在常压下稳定维持。其放电均匀，功率密度比较低，可以避免反应过热而损伤工件外表面。

硅橡胶表面的电场分布

针板电极放电可以产生很多活性粒子。比如说正负的离子、亚稳态的分子或原子、紫外线光子、自由基等。这些活性的粒子可以改变材料表面的某些性质。通过引发表面刻蚀、交联、裂解等物理的化学的反应变化，来改变聚合物表面的特性。比如防静电性能、憎水，亲水性、染色的性能等。其能有效的改变试品的表面或局部的特性而不去改变材料的整体性能。与传统的聚合物表面改性的方法相对比，针板电极电晕放电装置具有很多优点。其中最主要的是不需要大量的水和表面活化试剂，同时也没有废物和有毒副产品。因此具有很好的环保效果，发展前广阔。

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