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申请/专利权人：西安理工大学

摘要：本发明公开了等离子体改性后的环氧树脂复合材料耐电晕特性仿真方法，制备环氧树脂复合材料，检测环氧树脂复合材料表面的化学元素和基团；建立流体动力学模型，计算环保气体电晕放电的电场强度波形；建立化学动力学模型，计算环保气体电晕放电的分解产物组分；根据检测的环氧树脂复合材料基团，建立环氧树脂的分子动力学模型，并根据计算的电场强度波形和计算的分解产物组分，建立电场和分解产物作用下环氧树脂复合材料的反应分子动力学模型，研究环氧树脂复合材料在电场及分解产物组分作用下表面化学基团的变化；解决了现有技术中存在的等离子体改性后的环氧树脂复合材料的耐电晕特性未知、在环保气体中的绝缘性能无法评估的问题。

主权项：1.等离子体改性后的环氧树脂复合材料耐电晕特性仿真方法，其特征在于，具体按以下步骤实施：步骤1，采用等离子体射流改性结合纳米颗粒填充改性方法，制备环氧树脂复合材料，并检测环氧树脂复合材料表面的化学元素和基团；步骤2，建立并求解包含电子、正离子、负离子的流体动力学模型，计算环保气体电晕放电的电场强度波形；所述步骤2具体为：建立包含电子、正离子、负离子三种带电粒子的流体动力学模型，模型的控制方程由三种带电粒子的连续性方程与泊松方程的耦合组成，如式1～4所示： 式中，t为时间，ne，μe，De分别为电子的数密度、迁移率和扩散系数，为电场，Se为电子的源项，包含电离反应、吸附反应以及电子与正离子的重组反应，np，μp，Dp分别为正离子的数密度、迁移率和扩散系数，Sp为正离子的源项，包含电离反应、正离子与电子的重组反应、正离子与负离子的重组反应，nn，μn，Dn分别为负离子的数密度、迁移率和扩散系数，Sn为负离子的源项，包含吸附反应、负离子与正离子的重组反应，V为外施电压，e为电子电荷，εr，ε0分别为相对介电常数和真空介电常数；通过耦合求解式1～4，获得三种带电粒子和电场强度的时空分布，从而获得电场强度随时间变化的波形；步骤3，建立并求解化学动力学模型，将步骤2计算的电场强度波形作为化学动力学模型的外加激励，计算环保气体电晕放电的分解产物组分；所述步骤3具体为：建立包含等离子体区与气体区的化学动力学模型，两个区域通过扩散过程进行耦合，并将步骤2计算出来的电场作为激励参数；等离子体区包含环保气体与缓冲气体的全部化学反应体系，气体区只包含反应较慢的中性粒子与环保气体及缓冲气体的反应；化学动力学模型如式5～7所示： 式中，cpj和cgj分别为等离子体区和气体区粒子的数密度，νij，νij′分别为化学反应方程左边和右边的化学计量数，ki为反应速率常数，Dkj为扩散系数，rp和rg分别为等离子体区和气体区的半径，Sp，Vp分别为等离子体区的面积和体积，Vg为气体区的体积；E和Em分别为电场和电场最大值，τpls为脉宽，Em和τpls由步骤2的计算结果获得；通过耦合求解式7～9，获得环保气体的电晕放电分解产物组分随时间的演化特性，从而确定环保气体在长时间电晕放电下任意时刻的分解产物组分；所述环保气体为C4F7N、C5F10O或C6F12O，缓冲气体为N2、CO2或Air；步骤4，根据步骤1检测的环氧树脂复合材料的基团，建立环氧树脂的分子动力学模型，并根据步骤2计算的电场强度波形和步骤3计算的分解产物组分，建立电场作用下和分解产物作用下环氧树脂复合材料的反应分子动力学模型，采用ReaxFF力场研究环氧树脂复合材料在电场及分解产物组分作用下表面化学基团的变化。

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