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【精彩论文】不同排列的金属球在均匀电场中的仿真研究
观点凝练
摘要：大量研究已证明导线表面状态会极大影响导线的电晕性能，但微观层面上是如何影响电场分布的研究并不充足。因采用均匀电场可以更好地关注颗粒本身相互影响的规律。计算了在平行板电极形成的均匀电场中，不同排列的球状金属颗粒放置在电压极板上的影响，当金属球成一字排列时，随着数量的增多，最大场强值和最大面电荷密度都会被削弱，趋向一极限值，并根据数量-场强曲线拟合了公式。当3颗球一字排列时，中间球正好位于两边球中心时削弱作用最强，且两边球距离越近效果越明显；当金属球按正多边形排列时，数量越多削弱越明显，距离越近削弱越明显。1颗金属球在距离极板不同高度时，金属球靠近但未接触极板时场强最大。计算证明并非金属球越少电场分布越好，为优化导线表面状态、去除瑕疵提供了理论基础。
结论：（1）当金属球成一字排列时，随着颗粒数的增多，最大场强值和最大面电荷密度都会被削弱，最终趋向一极限值，此时球之间的相互影响可以忽略。
（2）2颗球金属球距离越远，对电场的削弱也越弱，最终电场随着距离增加不再有明显变化，即2球相互影响存在极限距离。
（3）当3颗球一字排列时，中间球正好位于两边球正中心时对电场削弱作用最强，且两边球距离越近效果越明显。
（4）当金属球按正多边形排列时，金属球数量越多电场削弱越明显，金属球距离越近削弱越明显。因为正多边形排列相比于直线排列从一维扩展到了二维，任意两金属球之间都可以直接相互影响，所以对电场的削弱要明显得多。
（5）1颗金属球在接触极板时最大场强在顶部，而不接触时球的底部场强也增大很多。随着高度升高，金属球的上下两端电场分布、面电荷分布也逐渐对称，达到半径5倍高度时就已经基本对称。
（6）对于工程实际，导线状态一般用表面粗糙度去表征，比较宏观。当导线表面出现瑕疵时（如凸起、颗粒），并不一定去除一个瑕疵就会使得表面状态得到改善，反而可能会使得导线电场分布不如之前，这跟主观想法有所不符。所以在检查、修复导线时，要考虑到瑕疵之间的相互影响。
（7）本文初步考虑了金属球在均匀场中的排布对电场的影响，下一步研究工作可考虑不均匀电场与均匀场对比、介质颗粒、颗粒粒径、空间电荷等因素，进行更综合全面的探究。
引文信息
朱杰, 伍珈乐, 宋绪鹏, 等. 不同排列的金属球在均匀电场中的仿真研究[J]. 中国电力, 2021, 54(5): 129-138.ZHU Jie, WU Jiale, SONG Xupeng, et al. Simulation of metal particles with different arrangements in uniform electric field[J]. Electric Power, 2021, 54(5): 129-138.往期回顾
审核：方彤、蒋东方
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