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绝缘纸无定形区玻璃转化的分子动力学模拟被引量：8: 2012年; 绝缘纸无定形区的玻璃转化温度是其热稳定性的重要标度之一。为研究变压器绝缘纸的玻璃转化过程的微观机理,继而挖掘其中的热老化信息,利用分子动力学对绝缘纸纯纤维素、纤维素-水两个模型的玻璃转化过程进行了模拟。用比体积-温度曲线法确定了纯纤维素和纤维素-水模型的玻璃化转变温度分别为448、418K。模拟结果表明,玻璃转化过程中,绝缘纸纤维素链的运动和机械特性均发生突变,400～500K之间自由体积的突变给纤维素链运动提供了更多空间,导致其发生玻璃化转变;水分子浸入无定型区可以破坏纤维素链间的氢键,显著地降低玻璃转化温度,影响绝缘纸热稳定性。; 王有元杨涛廖瑞金张大伟刘强田苗; 关键词：机械特性链运动自由体积

物理改性纤维素绝缘材料亲水性行为的分子动力学模拟被引量：8: 2013年; 为了从微观层次揭示物理改性后纤维素绝缘材料抗老化性能提高的机理,选用聚合度为3的纤维素分子链、水分子、三聚氰胺和双氰胺分别对改性前后纤维素材料的无定形区进行了建模,并用分子动力学模块对这2个模型进行了计算。分别从水分的扩散系数、体系内的氢键结合数和分子之间的相互作用能3个方面探讨了改性前后体系的变化和抗老化性能差异的作用机理。结果发现:物理改性体系中的水分子扩散系数小于天然体系;由于抗老化剂的作用,物理改性体系中的总氢键数多于天然体系。与水分子的相互作用能上,抗老化剂最大,天然纤维素分子次之,改性体系中的纤维素分子最小;抗老化剂的存在使纤维素分子与水分子的相互作用能减弱。; 廖瑞金聂仕军周欣朱孟兆袁磊杨丽君; 关键词：纤维素物理改性

水分对绝缘纸微观特性影响的分子模拟研究被引量：11: 2013年; 结合分子动力学(molecular dynamics,MD)和半经验量子力学(semi-empirical quantum mechanics,DFT)的分子模拟方法,研究了水分对绝缘纸微观特性的影响。采用Theodorou提出的高聚物无定形区建模方法,建立了绝缘纸纤维素无定形区模型,计算了纤维素无定形区的力学常数、氢键和Mulliken布居数。结果表明:绝缘纸纤维素体系中加入的水分子主要通过破坏纤维素分子间的氢键网络,导致纤维素机械强度的降低,而纤维素分子内氢键对拉伸强度影响并不显著;水分会引起吡喃环上化学键强度变化,开环的热解引发键始终为C—O键;水分会导致纤维素糖苷键化学强度降低,促进糖苷键断裂引起的纤维素降解老化;水分子能够与纤维素链上的羟基形成氢键作用,对相应化学基团羟基和氢基的脱落产生一定的影响。; 王有元田苗罗明武杨涛袁文; 关键词：分子模拟水分机械强度氢键

电场对绝缘纸中水分扩散特性的影响被引量：15: 2015年; 水分和电场是绝缘纸老化的两个重要因素。长期以来水分对绝缘纸的老化作用研究都采取宏观试验的方法,而对电场作用的数值模拟主要是采用Ansoft、Ansys、Matlab等电气专业的仿真软件。但这两种方法都不能反映材料的微观物化过程。本文采用材料分析软件Material Studio分别对不同电场作用下绝缘纸晶面及无定形区的水分的扩散进行了分子动力学模拟。研究结果表明:电场的极化作用会束缚水分子在绝缘纸晶区表面的扩散,使其扩散系数减小,并表现出在X、Y和Z方向的差异性;电场还会使纤维素晶面和水分子的相互作用能增加,纤维素亲水性增强,这在一定程度上影响水分扩散系数的方向性。相比较而言,水分在纤维素无定形区的运动受电场影响规律性较差。; 王有元杨涛田苗凡朋; 关键词：绝缘纸分子动力学电场相互作用能

变压器油中水分对糠醛扩散及分布影响的分子动力学研究被引量：15: 2011年; 糠醛是电力变压器绝缘纸的老化产物,通过监测油中糠醛质量浓度可以直接评估绝缘纸的老化程度,但关于糠醛的生成机制及在油纸复合绝缘系统的分布规律至今没有形成统一的认识。在众多的因素中,水分被认为在影响糠醛的生成速率及其在油纸复合绝缘系统分布的过程中具有重要作用,但其作用机制却不够明晰。为此,利用分子模拟手段分别构建出糠醛分子在无水、水与油之质量比分别为1%、3%和5%的环烷基矿物绝缘油中的扩散模型并进行动力学仿真和分析。通过考察糠醛与含水油介质的相互作用、氢键成键特性以及糠醛的扩散现象,研究了水分影响糠醛在环烷基矿物绝缘油中扩散及分布规律的微观机制。研究结果表明,油中水分可以提升矿物油对于糠醛的吸附能力并增加糠醛在油中的溶解度,进而改变糠醛在油纸复合绝缘系统中的分布比例;同时油中水分抑制了糠醛的自由扩散,这将对糠醛在油中的均匀分布产生负面影响。; 廖瑞金周欣杨丽君朱孟兆贡春艳李伟; 关键词：变压器糠醛扩散分子动力学

热稳定绝缘纸抗热老化性能提升机制的量子化学研究被引量：16: 2013年; 为了从微观角度探究物理改性和化学改性提升热稳定纸抗热老化性能的机制,对纤维素改性相关的几种模型分子、热稳定剂、小分子酸、水分子和氧气进行了量子化学计算,获取了相关分子的最高占用轨道(highest occupiedmolecular orbital,HOMO)能量、最低未占用轨道(lowestunoccupied molecular orbital,LUMO)能量及3种-D-吡喃葡萄糖分子的Mulliken布局分布。通过反应分子间的前线轨道能隙和亲电亲核反应位点来考察不同分子间的反应活性及活性点。结果表明:热稳定纸中胺基热稳定剂先与水分子、小分子酸和氧气这些老化因子反应,从而保护了纤维素链;化学改性使得纤维素的抗氧化性能有小幅提升,但化学稳定性却被降低,由于变压器运行温度远小于起始分解温度,热解难以进行;热稳定纸的亲水性差使得纸中水分含量少,加上有机酸的消耗,纤维素水解反应进行缓慢,这在热老化实验中纸的聚合度下降较少上得到了印证。; 廖瑞金聂仕军周欣汪可袁磊杨丽君程焕超; 关键词：密度泛函物理改性化学改性

电力变压器油纸绝缘可靠性与老化特征参量间的相关性被引量：30: 2011年; 在长期连续运行中,油浸式电力变压器的整体寿命主要取决于油纸绝缘的寿命。为此,研究变压器油纸绝缘可靠性与特征参量之间的关联特性,有助于准确判断变压器的可靠性水平,保证其安全稳定运行。首先进行油纸绝缘试品的可靠性试验;然后利用极大似然参数估计法求取其寿命的Weibull分布模型参数;最后结合油纸绝缘各老化特征参量的测量结果,给出了不同寿命阶段各种特征参量与油纸绝缘可靠度之间的拟合曲线。分析结果表明:聚合度、糠醛质量分数、油的击穿电压及总烃体积分数等特征参量均能较好地反映油纸绝缘的可靠性水平,为确定变压器可靠性评估特征参量提供了技术基础。; 王有元龚森廉廖瑞金李剑何志满; 关键词：变压器油纸绝缘特征参量

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国家自然科学基金(51077136)