荷电微粒的运动广泛存在于自然及工业界各领域。如工业中的静电除尘、流化床中微粒的团聚现象以及高压电器中“GIS异物放电治理”的问题等都涉及到荷电微粒的运动分析。因此有关荷电微粒运动的计算是重要的基础性研究任务。然而目前工业领域中常用的几种欧拉法,包括有限差分法、有限元法和有限体积法都无法简单高效的模拟微粒这种离散相的运动。此外,欧拉模型亦很难模拟非球形微粒的平移运动和旋转。因此本文提出了一种基于离散元法的建模和计算策略,该方法是一种典型的拉格朗日法,可用于描述和精确计算该问题。具体包括下列工作:1)介绍了将离散元法与电气工程相结合的基本理论、离散元模型中的拉格朗日粒子、代码开发平台等资料,其中包括了微粒荷电、平移、旋转、受力的控制方程,以及边界条件的设定,也建立了将离散元法进一步与欧拉法耦合的框架,提出了建模和计算过程中的重难点问题的应对措施。2)根据离散元法的思路流程,基于开源代码LIGGGHTS的基本架构开发了可以计算单/多个球形微粒荷电运动的源程序和算例;计算分析了单/多个球形微粒在等比缩小的GIS同轴圆柱模型中的运动规律;得到了单/多个球形微粒在交/直流电压下的时均运动分布图、时均径向位移和速度分布以及时均荷电量分布,结果与已有文献中的数据吻合度较好;进一步地,通过修改算例模型的几何参数,计算了交流1100k V GIS中单/多球形微粒时均运动分布,发现微粒的半径越大,微粒在地电极附近“弹跳”距离越小,当微粒半径为0.5mm时,“弹跳”距离仅为2.5mm左右;此外,在多微粒体系中,微粒数量越多,其产生团聚的速率越高。3)通过引入多球拉格朗日粒子模型构造了线形微粒,并基于LIGGGHTS进一步开发了计算线形微粒荷电运动的离散元源程序和算例;模拟再现了实验中线形微粒在直流稍不均匀电场中的“飞萤”运动现象,并描绘了线形微粒的螺旋式运动轨迹;随后通过修改算例模型的几何参数,计算了交流1100k V GIS中多个线形微粒时均运动分布,发现微粒长度对微粒从“平躺”变为“竖立”所需的时间有较大影响,当微粒长度为0.1mm时仅需时24ms,而长度为5mm时则需611ms;线形微粒扩散的效率随着微粒数量的增加而提升,当数量达到50个,在仿真计算至445ms时刻,其运动范围大约扩大到了整个计算域的1/15,而20个线形微粒的运动范围扩大到该空间需要的时间大约在700ms。4)提出了将离散元法与有限体积法相耦合的算法,该算法可以同步计算流场、电场的分布以及微粒的平移和旋转,耦合算法可以直观的展现微粒对流场和电场的扰动和畸变的具体特征,从而进一步扩展了离散元法的应用空间和潜力,更有利于深度认识微粒荷电运动的内在机理。本文的研究工作触及工程应用中存在的底层物理和数值计算层的相关理论。不仅拓展了离散元法的应用空间,也为研究荷电微粒运动的科研人员提供了一种新思路。通过应用离散元法对GIS中微粒荷电运动这一工程问题进行大量的仿真分析和讨论,有助于科研及工程人员深入认识和了解其诱发故障的原因,有助于开发用于捕捉GIS内微粒的陷阱;耦合算法沟通了多学科多领域知识的交叉,深化了不同学科之间的交融关系。