Распространение импульсного разряда над поверхностью воды и водных растворов (1104625), страница 2
Текст из файла (страница 2)
Падение напряжения наразряде определялось при помощи омического делителя напряжения (7) (R1, R2) скоэффициентом деления 2000, а разрядный ток – при помощи шунта (Rш = 0,5 Ом).Сигналы (8) с делителя напряжения и шунта подавались на два входа цифровогозапоминающего осциллографа.В экспериментах расстояние между электродами по горизонтали могло изменяться впределах L = (60 – 100) мм, начальное напряжение источника изменялось в пределахU0 = (8 – 28) кВ, что позволяло при изменении балластного сопротивления в пределахRб = (1 – 8) кОм варьировать величину разрядного тока от 1 А до 28 А.
Помиморегистрации осциллограмм тока и напряжения, проводилась киносъемка разряда припомощи кинокамеры, расположенной практически над кюветой с водой. Принципиальноеотличие данной установки от использовавшейся в [1] заключается в отсутствии подводнойчасти электрода противоположного острийному.Эксперименты показали, что импульсный разряд над поверхностью воды имеетсложную временную эволюцию, которая состоит из ряда отличающихся стадий.
Вработе [2] их сложно выделить четко из-за наличия колебаний тока. Рассмотрим процессперехода режима разряда от одной стадии к другой на примере типичной осциллограммытока и напряжения, приведенной на рис. 2. Из приведенной осциллограммы видно, что,начиная с момента подачи напряжения на электроды t0 и до времени t1, разряда непроисходит.
Интервал времени, равный ∆1 = t1 - t0 соответствует времени запаздыванияразряда хорошо известному из многочисленных экспериментов по исследованиюимпульсного пробоя газов. Величина этого временного интервала определяется, главнымобразом, напряжением между электродами, она резко уменьшается с ростом начальногонапряжения, что подтверждается результатами настоящих экспериментов.
Затем в моментвремени t1 происходит пробой межэлектродного промежутка и возникает линейныйискровой плазменный канал, который развивается практически вдоль перпендикуляра,проведенного из верхнего электрода на поверхность жидкости. Процесс возникновения7искрового разряда подробно описан в [3] и сопровождается падением напряжения междуэлектродами и появлением разрядного тока.Рис. 2. Осциллограммы тока (1) и падения напряжения на разряде (2).L = 34 мм, H = 7,1 мм, U0 = 13,3 кВ, развертка 25 мкс/дел, чувствительность по току10 А/дел, по напряжению 10 кВ/дел, длительность импульса разряда 100 мкс.При типичном искровом пробое газа после формирования разрядного канала,напряжение на межэлектродном промежутке и величина разрядного тока остаютсяпостоянными независимо от длительности импульса.В случае же пробоя над поверхностью воды, после момента t1, напряжение наразряде не остается постоянным, а медленно уменьшается, в это же время разрядный токрастет, что связано с распространением разряда.
Такие изменения тока и напряженияпродолжаются до момента t2, когда разряд достигает анода и вновь происходит резкоеуменьшение напряжения на разряде и соответствующий рост разрядного тока. Послеэтого напряжение на разряде и ток остаются постоянными до конца импульса момента t3.Были получены разряды с длиной канала до 20 см, при U0 = 28 кВ Типичныеинтегральные фотографии разряда при L = 20 см представлены на рис.
3. Видно, что приразличных длительностях импульса τ, разряд может быть незавершенным (рис. 3 а,б,в)либо завершенным (рис. 3 г).На фотографиях, изображенных на рис. 3, виден как сам канал разряда (верхняясветящаяся полоса), так и его отражение в воде (нижняя светящаяся полоса).Существование темного промежутка между разрядом и его отражением позволяет сделать8вывод о том, что разряд распространяется на некотором расстоянии h над поверхностьюводы.Рис. 3. Интегральные фотографии незавершенных (а-в) и завершенного (г) разрядов надводой.
L = 20 см, H = 5 мм, U0 = 28 кВ; длительность импульса: (а) – 50 мкс,(б) − 250 мкс, (в) − 500 мкс, (г) − 750 мкс.Распространение разряда именно над поверхностью воды связано с наличием надводой прослойки пара, который образуется при испарении воды током разряда.
Какпоказано в работе [4] наличие водяного пара ухудшает условия развития разряда посравнению с воздухом в результате больших потерь электронов на прилипание. В этомслучае разряд стремится развиваться в среде с меньшими потерями, т.е. в воздухе надпрослойкой пара, на некотором расстоянии от воды.
Следует отметить, что в большинстверабот разряд распространялся по поверхности воды, касаясь ее, т.к. влияние испаренияводы при малых длительностях разряда незначительно.Были проведены эксперименты по определению условий, выполнение которыхнеобходимо для распространения разряда над водой и водными растворами.Первым необходимым условием распространения разряда над поверхностьюжидкости является наличие первоначального линейного пробоя воздушного промежуткамежду катодом и поверхностью жидкости. В случае, когда катод (как и анод) былпогружен в жидкость, линейного пробоя не происходило, и никакого распространенияразряда над жидкостью не наблюдалось.Согласно выводам, приведенным в монографии Э.М.
Базеляна и Ю.П. Райзера [5],одним из условий (в нашем случае вторым), необходимым для распространения разряда9является наличие падающей вольтамперной характеристики во время его движения надводой. В настоящей работе вольтамперные характеристики разряда определялись вбольшом числе экспериментов, которые проводились при различных начальных условиях(типжидкости,начальноенапряжение,величинабалластногосопротивления,длительность импульса). И во всех случаях при распространении разряда над жидкостьюего вольтамперная характеристика была падающей.Еще одним необходимым условием распространения разряда над поверхностьюжидкости является наличие электрического контакта меду головной частью разряда иводой.
Необходимость выполнения этого условия подтверждается следующим простымэкспериментом. На пути распространения разряда (перпендикулярно к его продольнойоси) на некотором расстоянии от катода над поверхностью воды размещалась тонкая(высотой ~ 0,5 мм) диэлектрическая преграда шириной 10 мм. Длина преграды былабольше размеров кюветы с водой, что позволяло полностью перекрыть поверхность воды.Преграда помещалась так, что нижняя ее часть смачивалась водой, а верхняя находилась ввоздухе.
Помимо регистрации осциллограмм тока и напряжения, проводилась киносъемкаразряда при помощи фотоаппарата, расположенного практически над кюветой с водой.Типичные результаты, полученные в таких экспериментах, приведены на рис. 4. Какследует из представленных фотографий, в отсутствие диэлектрической преграды разрядсвободно распространяется от катода к аноду, расположенному от него на расстоянии6 см (рис. 4 а). При наличии диэлектрической преграды разряд распространяется только втой области, где существует его электрический контакт с поверхностью жидкости, т.е.
допреграды. При этом полная длина разряда тем меньше, чем ближе к катоду размещаетсядиэлектрическая преграда (рис. 4 б и в). Из этих экспериментов следует, что нарушениеэлектрического контакта головной части разряда с водой приводит к невозможности егодальнейшего распространения. Таким образом, наличие электрического контакта междуголовной частью разряда и жидкостью является одним из условий его распространениянад ее поверхностью.Основной характеристикой разряда, распространяющегося над поверхностьюжидкости,являетсяскоростьдвиженияголовкилидера,котораяопределяетсянепосредственно механизмом развития разряда.
Таким образом, измерение скорости10Рис. 4. Интегральные фотографии разряда (вид сверху): а – разряд без преграды,б и в - преграда размещена, соответственно, на расстоянии 40мм и 30мм от катода.L = 60 мм, τ =100 мкс, H = 5 мм, U0 = 16 кВ, Rб = 1 кОм.движения разряда в зависимости от различных начальных параметров, является одним изнеобходимых условий для построенияраспространения.Существующиесоответствующих физических моделей егометодысверхскоростнойсъемкидостаточнодорогостоящи и, кроме того, требуют большой интенсивности свечения разряда для егоуверенной регистрации.
В описываемой работе рассматриваются относительно простыеметоды, позволяющие определить скорость распространения разряда на основаниинесложных экспериментальных измерений.Самый простой метод заключается в определении средней скорости как отношениямежду длиной разрядного промежутка L и временем распространения разряда ∆ 2 = t2 – t1:V = L / ∆2.
При этом время распространения определяется экспериментально изосциллограмм тока и напряжения. Основной недостаток этого метода заключается в том,что с его помощью невозможно определить скорость в различные моменты временидвижения разряда.Во втором методе для определения скорости использовались данные киносъемкисерии разрядов при различных длительностях импульса. Каждый кадр представлял собойинтегральную по времени фотографию одного разряда при фиксированной длительностиимпульса.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
