Диссертация (1104506), страница 8
Текст из файла (страница 8)
Вместе с тем удовлетворительная теория разряда так и неразработана, и многие процессы формирования и развития разряда остаютсяслабо изученными. В работе [51] были проведены экспериментальныеисследованияпространственно-временныххарактеристикизлучениястримерного разряда при повышенных давлениях в воздухе. Были полученызависимости скорости распространения стримера по разрядному промежуткупри различных давлениях, при этом во всех экспериментах сохранялосьраспределение приведенной напряжѐнности электрического поля E/p вразрядном промежутке в отсутствие объѐмных зарядов.
Сохранение45E/p=const служило критерием для проведения сравнительного анализарезультатов экспериментов для различных давлений.Всвязисэтим,вработеэкспериментальныхисследованийэлектродинамическиххарактеристик[52]представленырезультатыпространственно-временныхкатодонаправленногостримераиввоздухе при различных давлениях. Сформулированы соотношения подобия,которые позволили сравнить токовые характеристики разряда и динамикураспространения стримера при различных давлениях.
Показано, чтосуществует диапазон давлений, в котором развитие разрядов происходитподобным образом при сохранении неизменными произведения pd, инапряжения на разрядном промежутке. Важно отметить, что в этих условияхсредняя скорость распространения стримера остается постоянной приразличных давлениях.Оченьинтереснымявляетсявопросэнерговкладавразрядныйпромежуток на различных стадиях развития. В работе [53] экспериментальноисследована динамика энерговклада в разрядный промежуток на начальнойстадии высоковольного импульсного разряда в наносекундном диапазоневремени, конкретно, в воздухе и азоте.
В результате экспериментальногоисследования искрового разряда в условиях статического и импульсногопробоя при большом перенапряжении получены данные по динамике спадасопротивленияивкладаэнергиинаначальнойстадиипробоявнаносекундном диапазоне времен. Проведено сравнение с известнымитеоретическими приближениями.На основе полученных результатов были сделаны следующие выводы:- основной энерговклад в разрядный промежуток происходит в течение 15–30нс при сопротивлениях искрового канала более 10 Ом. Динамика вкладаэнергии не зависит от материала электродов;- в условиях статического самопробоя минимальное время коммутации 6 нсбыло получено при давлении азота 2 атм.
Показано, что время коммутацииотклоняется от линейной зависимости от 1/р;46- в условия импульсного пробоя с перенапряжением энерговклад выше, чемпри статическом пробое, что объясняется большим вложением в ионизацию,наработку радикалов и возбуждением высоколежащих уровней. Энерговкладпри пробое на короткозамкнутый электрод выше, чем на электрод снагрузкой 50 Ом.Проведенныеисследованиявпроцессовработе[54]инициированияэкспериментально-теоретическиеиразвитияпробоясильноперенапряженных газовых промежутков импульсами напряжения с фронтом1 нс и короче показали, что ионизационные процессы, приводящие к пробою,начинаются в объеме газа, а не на поверхности электродов.
Перекрытиепромежутка свечения сопровождается развитием волновых ионизационныхпроцессов, начинающихся в газовом объеме и являющихся определяющимина первой стадии пробоя. Динамика развития волн ионизации сильно зависитот начального распределения свободных электронов в газовом промежутке.В результате развития волн ионизации и перераспределения электрическогополя в разрядном промежутке у катода на очень короткое (до 100 пс) времяформируется область усиленного поля с напряженностью, достаточной дляначала эмиссионных процессов на катоде и появления в прикатодной областикороткого пучка быстрых электронов.В работе [55] приведены экспериментальные результаты исследованияформирования и развития на начальных стадиях пробоя ионизационныхволн в инертных газах (He, Ar) атмосферного давления в короткихпромежутках (d = 1 см) при напряжениях от статистического пробойного досотни процентов перенапряжений.
Исследования выполнены как приналичии предыонизации, так и без нее.Большой интерес, как с теоретической так и с практической точекзрения представляют вопросы влияния внешнего магнитного поля нахарактеристики плазменного разряда. В работе [56] создана стендоваяустановка для исследования способов стабилизации и дестабилизацииразряда, связанных с наложением внешнего магнитного поля на основе47системы линейных токов, включенных последовательно с разрядом.
Внешнеемагнитное поле в ней может быть направлено либо по направлениюмагнитногополя,порождаемогособственнымтокомизначальноневозмущенного столба дуги, либо против него.Для разрядов между стержневыми графитовыми электродами при токахдо400Аимежэлектродныхпромежуткахдо5смпроведеноэкспериментальное исследование динамики формы и движения дуги вплотной воздушной атмосфере в наложенном магнитном поле.В частности, приведены примеры, как стабилизирующего, так идестабилизирующего воздействия внешнего магнитного поля на разряд взависимости от его конфигурации. Получены статистические функциираспределения электрического сопротивления и мощности дуги различныхрежимов воздействия магнитного поля на разряд.
Их анализ показалстабилизирующее воздействие на разряд обжимающего его внешнегомагнитного поля и дестабилизирующее (вплоть до гашения) - прирастягивающем воздействии наложенного поля.Получены первые данные о влиянии конфигурации и величинывнешнего магнитного поля на движение и форму дугового столба, размеры искорости перемещения его опорных пятен.Показано, что при наложении стабилизирующего магнитного поля:- возможно прекращение хаотического перемещения анодного пятна поповерхностиэлектрода,ианоднаяструя(втечениедлительныхпромежутков~ 10-20 мc) устанавливается строго по центральной оси междуэлектродами;- катодная струя, которая в обычных условиях очень стабильна идоминирует в разрядном промежутке, при этом деградирует и даже можетпоглощаться анодным потоком;- стабилизация анодной струи приводит также к заметному увеличениютока разряда и соответствующему падению напряжения на разряде.48Весьмаинтереснымпредставляетсярассмотрениевлияниянапряженности поля головки стримера на еѐ геометрию.В работе [57] проанализирован этап инициирования ветвления стримерав неоднородном электрическом поле в системе электродов игла-плоскость восесимметричной модели в дрейфово-диффузионном приближении.
В силусложности анализа непосредственно этого решения цепь причинноследственных связей, приводящих к ветвлению, проанализирована в рамкахзначительно упрощенной модели полуэллиптической идеально проводящейголовки. Показано, что затупление головки может происходить даже приусловии, что максимум напряженности поля находится в центре ("полюсе")головки, если этот максимум не сильно выражен.Распределение напряженности поля на головке стримера зависит как отпотенциала и формы головки, так и от близлежащих заряженных объектов, вчастности активного электрода.
А благодаря образованию минимуманапряженности поля в месте контакта стримера и активного электродамаксимум напряженности поля на полюсе головки стримера становитсярезким. При удалении головки стримера от активного электрода влияниепоследнегоспадает,максимумнапряженностистановитсяменеевыраженным, и в некоторый момент начинается ветвление. Таким образом,установлено, что в определенных условиях стример способен ветвиться дажеврамкахполностьюдетерминированноймодели,неучитывающейфлуктуации концентраций заряженных частиц и ионизующего излучения.Вопросы о геометрии и структуры стримера, а также расчѐте некоторыхважных параметров в некотором модельном приближении рассмотрены и вследующей теоретической работе [58].В работе [58] для компьютерного моделирования развития стримера вгазах,решаласьконцентрацийсистемачастициуравненийвэлектрическогочастныхполяпроизводныхвдляосесимметричномприближении.
В [59] этот метод был описан для моделирования развитияэлектронных лавин в неоднородном электрическом поле; были выявлены49эффекты значительного отклонения профиля лавины от функции Гауссавплоть до появления локального максимума концентрации электронов уповерхности активного электрода. При увеличении напряжения в той жесистеме становится возможен следующий после лавины этап разряда –лавинно-стримерный переход [60] с последующим развитием стримера.Использована упрощѐнная модель воздуха, включающая лишь основныереакции, что позволило выявить влияние отдельных механизмов ионизациина структуру и динамику развития стримера.
В отличие от [59] кинетическиеэффектынеучитываются,применяетсядрейфово-диффузионноеприближение, поскольку оно отражает все основные закономерностиразвития лавин и стримеров, приведѐнные в [61]. Система уравнений вчастных производных решалась в программном пакете Comsol методомконечных элементов.Основным преимуществом данной модели является использованиеминимально возможного количества уравнений для описания всех основныхпараметровгазовогоразрядаввоздухе.Использованиедрейфово-диффузионного приближения избавляет от необходимости расчѐта функцийраспределения частиц по энергиям, а также учѐта различных энергетическихреакций,которыенесопровождаютсяизменениемзарядачастиц.Использование усреднѐнных характеристик положительно и отрицательнозаряженных ионов, параметры которых берутся из эксперимента, избавляетот необходимости учитывать большое количество основных реакцийвзаимодействия между различными компонентами воздуха.В работе [61] в рамках компьютерной модели стримера такжерассчитана структура короткого катодонаправленного стримера в слабонеоднородном поле.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
