本发明属于复合材料，具体涉及一种干式套管环氧树脂体系中纳米填料的运动控制方法、设备及介质。
背景技术：
1、环氧树脂浸渍纸套管(也称干式套管)作为换流变压器的重要组成部分，由于其安装角度大、抗震强、局部放电水平低等特点，在特高压电网中得到了广泛应用。然而，随着电压等级的增加，由套管导致的变压器故障比例随之增加。随着运行年限增加，套管因承受严重的热应力而老化，从而降低套管的电气绝缘性能，上述绝缘问题易引发电力设备故障，甚至损毁。
2、为了克服这些挑战从而避免上述事故发生的风险，研究人员开始探索新的材料改进方法，在此背景下，环氧树脂纳米复合材料成为了一个备受关注的研究领域。与纯环氧树脂相比，微米级甚至纳米级的无机或有机填料(例如氧化铝、氮化硼和纳米纤维素等)增强的环氧树脂复合材料具有更高的介电击穿电压、更好的导热性能和机械性能，因此已成为高压应用中的首选绝缘材料。
3、然而，传统的随机共混方法存在一定的局限性，无机纳米填料与环氧树脂基体的相容性差，同时填料的随机共混在一定程度上可以增强环氧树脂复合材料的性能，但同时存在大体积分数掺杂后材料性能不升反降的问题。
4、因此，需要基于纳米填料在电场作用下的定向程度，对纳米填料粒子进行运动控制，从而为提升环氧树脂性能发挥协同作用。
技术实现思路
1、为了解决上述问题，本发明提出了一种干式套管环氧树脂体系中纳米填料的运动控制方法，包括：
2、基于介电泳模型，对纳米填料粒子在环氧树脂体系中的介电泳行为进行分析，以确定影响所述纳米填料粒子在电场作用下进行动态运动的物理参数；其中，所述物理参数包括介电泳产生的驱动力矩、粘滞阻力产生的阻尼力矩和界面层特性参数；
3、根据所述界面层特性参数，计算所述纳米填料粒子在旋转作用下的第一复极化因子，并根据所述阻尼力矩、所述第一复极化因子以及所述纳米填料粒子关于其主轴垂直的转动惯量，构建所述纳米填料粒子对应的旋转运动方程；
4、根据所述界面层特性参数，计算所述纳米填料粒子在平移作用下的第二复极化因子，并根据所述第二复极化因子和预设的基于库伦作用的引力方程，构建所述纳米填料粒子对应的平移运动方程；
5、通过所述旋转运动方程和所述平移运动方程，确定所述纳米填料粒子在电场作用下的运动机制，以通过所述运动机制对纳米填料粒子的运动进行控制，实现所述纳米填料粒子的定向排列。
6、在本发明的一种实现方式中，根据所述界面层特性参数，计算所述纳米填料粒子在旋转作用下的第一复极化因子，具体包括：
7、通过以下公式，根据所述界面层特性参数，确定所述纳米填料粒子在旋转作用下的第一复极化因子：
8、
9、其中，α*表示第一复极化因子；为环氧树脂基体复介电常数；l＝[ln(2p)-1]/p2为纳米填料粒子主轴去极化因子，p＝a/b为粒子长径比；为界面层介电常数；为纳米填料粒子复介电常数；a为纳米填料粒子的长半轴长度；δ为界面层厚度；
10、通过以下公式，根据所述阻尼力矩、所述第一复极化因子以及所述纳米填料粒子关于其主轴垂直的转动惯量，构建所述纳米填料粒子对应的旋转运动方程：
11、
12、其中，i为纳米填料粒子关于其主轴垂直的转动惯量；m为纳米填料粒子的质量；b为纳米填料粒子的短半轴长度；上述旋转运动方程中的第二项为阻尼力矩，η为环氧树脂的粘度，re为纳米填料粒子的等效半径，kr表示旋转摩擦系数；v为单个纳米填料粒子的体积，εm是介质的介电常数，e为电场大小；取t＝0时的θ和作为求解微分方程初始条件，此时θ＝89°，θ表示纳米填料粒子长轴和电场方向的夹角。
13、在本发明的一种实现方式中，根据所述阻尼力矩、所述第一复极化因子以及所述纳米填料粒子关于其主轴垂直的转动惯量，构建所述纳米填料粒子对应的旋转运动方程之前，所述方法还包括：
14、通过以下公式，计算所述纳米填料粒子的旋转摩擦系数和平移摩擦系数：
15、
16、其中，kt是平移摩擦系数；
17、根据所述旋转摩擦系数、所述环氧树脂的粘度以及所述纳米填料粒子的等效半径，确定所述阻尼力矩。
18、在本发明的一种实现方式中，根据所述界面层特性参数，计算所述纳米填料粒子在平移作用下的第二复极化因子，具体包括：
19、
20、其中，β*为第二复极化因子。
21、在本发明的一种实现方式中，根据所述第二复极化因子和预设的基于库伦作用的引力方程，构建所述纳米填料对应的平移运动方程，具体包括：
22、通过以下公式，根据所述第二复极化因子和基于库伦作用的引力方程，计算所述纳米填料粒子两端的有效感应电荷
23、
24、通过预设的基于库伦作用的引力方程，根据所述有效感应电荷，计算相邻纳米填料粒子之间的库仑力：
25、
26、其中，fcl为库仑力，x为相邻纳米填料粒子间的距离；
27、通过以下公式，根据所述库仑力以及牛顿第二定律，构建所述纳米填料对应的平移运动方程：
28、
29、其中，上述方程的第二项表示粘滞阻力。
30、在本发明的一种实现方式中，根据所述第二复极化因子和预设的基于库伦作用的引力方程，构建所述纳米填料粒子对应的平移运动方程之后，所述方法还包括：
31、确定所述平移运动方程的初始条件；
32、将所述纳米填料粒子及其周围介质作为体积元，并计算所述体积元对应的体积；
33、根据所述体积，确定相邻纳米填料粒子在所述初始条件下的初始距离。
34、在本发明的一种实现方式中，根据所述体积，确定相邻纳米填料粒子在所述初始条件下的初始距离，具体包括：
35、
36、vm＝l2h
37、x0＝l-2a
38、其中，vm为体积，v为单个纳米填料粒子的体积，ρp为纳米填料粒子的密度，ρm是周围介质的密度，φ为纳米填料粒子的质量分数，x0为初始距离，l为底面正方形边长，h为侧面矩形边长，假设h与粒子长轴相等，即h＝2b。
39、在本发明的一种实现方式中，通过所述旋转运动方程和所述平移运动方程，确定所述纳米填料粒子在电场作用下的运动机制，具体包括：
40、通过所述旋转运动方程，确定所述纳米填料粒子在电场作用下所需的旋转时间与所述纳米填料粒子的长径比呈正相关关系，与电场强度和电场频率呈负相关关系；
41、通过所述平移运动方程，确定相邻纳米填料粒子之间的距离与所述初始距离之间的比值，与所述纳米填料粒子的平移时间之间存在相关关系，根据所述相关关系，确定所述纳米填料粒子在电场作用下所需的平移时间，与所述纳米填料粒子的长径比、电场强度和电场频率呈负相关关系。
42、本发明还提供了一种干式套管环氧树脂体系中纳米填料的运动控制设备，所述设备包括：
43、至少一个处理器；
44、以及，与所述至少一个处理器通信连接的存储器；
45、其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行如上任一项所述的环氧树脂体系中纳米填料的运动控制方法。
46、本发明还提供了一种非易失性计算机存储介质，存储有计算机可执行指令，所述计算机可执行指令设置为：
47、如上任一项所述的环氧树脂体系中纳米填料的运动控制方法。
48、通过本发明提出的环氧树脂体系中纳米填料的运动控制方法能够带来如下有益效果：
49、通过构建旋转运动方程和平移运动方程，可以精确地预测纳米填料粒子在电场中的运动速度，为实现纳米尺度的精确控制提供了理论基础和实验指导。基于运动机制对纳米填料粒子的运动进行控制，可以实现纳米填料粒子的定向排列，对优化环氧树脂体系的性能具有重要意义。
1.干式套管环氧树脂体系中纳米填料的运动控制方法，其特征在于，所述方法包括：
2.根据权利要求1所述的干式套管环氧树脂体系中纳米填料的运动控制方法，其特征在于，根据所述界面层特性参数，计算所述纳米填料粒子在旋转作用下的第一复极化因子，具体包括：
3.根据权利要求1所述的干式套管环氧树脂体系中纳米填料的运动控制方法，其特征在于，根据所述阻尼力矩、所述第一复极化因子以及所述纳米填料粒子关于其主轴垂直的转动惯量，构建所述纳米填料粒子对应的旋转运动方程之前，所述方法还包括：
4.根据权利要求1所述的干式套管环氧树脂体系中纳米填料的运动控制方法，其特征在于，根据所述界面层特性参数，计算所述纳米填料粒子在平移作用下的第二复极化因子，具体包括：
5.根据权利要求1所述的干式套管环氧树脂体系中纳米填料的运动控制方法，其特征在于，根据所述第二复极化因子和预设的基于库伦作用的引力方程，构建所述纳米填料对应的平移运动方程，具体包括：
6.根据权利要求1所述的干式套管环氧树脂体系中纳米填料的运动控制方法，其特征在于，根据所述第二复极化因子和预设的基于库伦作用的引力方程，构建所述纳米填料粒子对应的平移运动方程之后，所述方法还包括：
7.根据权利要求6所述的干式套管环氧树脂体系中纳米填料的运动控制方法，其特征在于，根据所述体积，确定相邻纳米填料粒子在所述初始条件下的初始距离，具体包括：
8.根据权利要求6所述的干式套管环氧树脂体系中纳米填料的运动控制方法，其特征在于，通过所述旋转运动方程和所述平移运动方程，确定所述纳米填料粒子在电场作用下的运动机制，具体包括：
9.干式套管环氧树脂体系中纳米填料的运动控制设备，其特征在于，所述设备包括：
10.一种非易失性计算机存储介质，存储有计算机可执行指令，其特征在于，所述计算机可执行指令设置为：
