Распространение импульсного разряда над поверхностью воды и водных растворов (1104625), страница 3
Текст из файла (страница 3)
На основании таких кадров определялось максимальное расстояние, на которое11успевает распространиться разряд за время импульса, затем по этим данным строиласьзависимостьдлиныразрядаотдлительностиимпульса(l=f(τ)),ипутемеедифференцирования, определялась скорость движения разряда в зависимости от временипрошедшего с начала его распространения.Другимметодомопределенияскоростиразрядаявлялосьиспользованиеколлимированного фотоэлектронного умножителя (ФЭУ), который устанавливалсяперпендикулярно оси разряда на различных расстояниях (x) от катода. Сигнал с ФЭУпоступал на тот же осциллограф, на который поступали сигналы с делителя напряжения ишунта, т.е. сигналы пропорциональные напряжению и току. Перемещая фотоумножительпараллельно оси разряда и измеряя время запаздывания прихода сигнала с ФЭУотносительно начала импульса разряда, т.е.
время, за которое разряд достигал точкирасположения ФЭУ, можно построить зависимость x(t) (фактически измеряласьзависимость t(x)). Дифференцированием этой зависимости можно получить значения V(t).Последний метод определения скорости распространения разряда основан наизмерении суммарного сопротивления разрядного промежутка, которое определялось какотношение измеренных значений напряжения и тока. В течение движения разряда откатода к аноду его собственное сопротивление увеличивается, а сопротивлениеоставшейся части воды уменьшается. Так как в любой момент времени сопротивлениекаждой из этих частей пропорционально линейной длине участка, на котором оноопределяется, то оказывается, что производная полного измеряемого сопротивления повремени пропорциональна скорости разряда и определяется по следующей формуле:где ρр/Sр и ρж/Sж - сопротивления единицы длины разряда и жидкости соответственно.
Ониопределяются в предположении, что в начале весь ток течет по воде, поэтому начальноесопротивление, деленное на межэлектродное расстояние, позволяет найти величину ρ ж/Sж,а сопротивление в конце движения разряда - это сопротивление только разрядногоканала – аналогично определяется величина ρр/Sр.На рис. 5 показано сравнение значений скоростей, полученных различнымиметодами при одних и тех же условиях создания разряда.
Как следует из представленныхзависимостей, значения скорости разряда, определенныеразличными методамикачественно совпадают. Отметим, что величина средней скорости, определеннаяразличными методами совпадает в пределах статистической ошибки измерений ~ 20%.12Рис. 5. Скорость распространения разряда как функция времени: ▲ – метод сиспользованием ФЭУ, ■ – определение скорости по полному сопротивлению, ♦ – методкиносъемки при различных длительностях импульса. U0 = 22 кВ, L = 10 см, Rб = 1 кОм.Стоит отметить, что в дальнейшем в работе говорится о среднейскоростираспространения разряда.В третьей главе диссертации приведены результаты определения таких параметровплазмы разряда, распространяющегося по поверхности воды, как концентрацияэлектронов и температура возбуждения некоторых уровней.Дляисследованияпараметровплазмыразрядабыласобранаустановкапринципиальная схема, которой приведена на рис.
6. (Ее электрическая схема разъясненаво втором абзаце описания второй главы).Рис. 6. Схема экспериментальной установки (вид сверху).13Излучение разряда, при помощи промежуточной линзы (9) фокусировалось на входсветовода (10), соединенного с регистрирующим спектрографом типа AvaSpec (11),данные с которого передавались на персональный компьютер (12). Входная частьсветоводаразмещаласьнаюстировочнойсистеме(13),позволяющейприееперемещении (14) параллельно оси разряда регистрировать излучение из различных егоучастков.При использовании в качестве катода медного заостренного стержня спектризлучения разряда, регистрируемый из катодной области, оказывается довольнопростым (рис.
7) и содержит, в основном, спектральные линии меди, линии Hα и Hβводорода и молекулярные полосы CN.Рис. 7. Спектр разряда в области медного катода. (При данной экспозиции выбранной длячеткой регистрации линий Hα и Hβ некоторые линии меди являются пересвеченными).Как уже отмечалось ранее, последней стадией распространения разряда надповерхностью воды является его завершенная форма, когда разряд достигает анода, ивеличины разрядного тока и напряжения на разряде остаются постоянными до окончанияимпульса – стадия стабильного сильноточного разряда.
Именно в этой стадииинтенсивность излучения разряда максимальна. Т. к. для регистрации спектровиспользовался режим накопления, то получаемые из спектральных измерений величиныявляются усредненными по времени и, в данном случае, они соответствуют именностационарной стадии завершенного разряда.Для определения температуры возбуждения в разряде над поверхностью воды поотносительным интенсивностям спектральных линий использовался спектр излучения14меди. Были выбраны четыре пары спектральных линий. Перваягруппа, в которой вкачестве второй линии использовалась линия с длинной волны λ = 510.5 нм:(515.3-510.5) нм, (521.8-510.5) нм, и вторая группа, в которой в качестве второй линиииспользовалась линия с длинной волны λ = 578,2 нм: (515.3-578.2) нм, (521.8-578.2) нм.
Нарис. 8 приведены зависимости от тока разряда температуры возбуждения, расчитанные повсем четырем парам выбранных спектральных линий.Концентрация электронов в плазме завершенного импульсного разряда надповерхностью воды определялась по штарковским профилям спектральных линийводорода. В спектрах излучения разряда, полученных в любых точках междуэлектродногорасстояния, всегда присутствуют водородные линии Hα и Hβ.Рис. 8. Зависимость температуры возбуждения от тока разряда. Расстояние междуэлектродами L = 5 см, длительность импульса τ = 100 мкс. Первая группа линий:■- (521.8-510.5) нм, ▲-(515.3-510.5) нм. Вторая группа линий: ♦- (521.8-578.2) нм,●- (515.3-578.2) нм.Однако экспериментально измеренные уширения спектральной линии Hα водородаоказались сравнимыми с полушириной аппаратной функции спектральной системы, чтомогло привести к значительным экспериментальным ошибкам. Поэтому концентрацияэлектронов определялась по уширению спектральной линии Hβ водорода.
Спектральнаялиния водорода Hβ является хорошим стандартом плотности при концентрацияхэлектронов, лежащих в пределах от 1015 см-3 до 3∙1017 см-3. На рис. 9 приведена15зависимость концентрации электронов от величины разрядного тока в условиях, когдаспектр излучения регистрировался из области, расположенной около катода.Рис. 9 Зависимость концентрации электронов в области катода от тока разряда.L = 6 см, τ = 100 мксИз данного рисунка видно, что с ростом разрядного тока концентрация электронов вобласти катода возрастает.В четвертой главе диссертации приведены результаты исследований влияниядиэлектрических преград на характер распространения разряда. Как уже отмечалось,скорость распространения разряда является одной из самых важных его характеристик.
Врезультате многочисленных экспериментов были получены скорости распространенияразряда, величины которых лежат в диапазоне значений от V ~ 150 м/с до V ~ 9000 м/с.Большие скорости движения разряда ~ (1,5-5) км/с связаны с ионизационнымипроцессами [6]. Низкие же скорости распространения разряда (150 м/с – 1000 м/с),возможно определяются газодинамическими эффектами. Рассмотрение распространенияразряда в результате газодинамических процессов выполнено в работе [7].Авторы [7] рассматривают этот процесс следующим образом. Разрядный каналсостоит из двух частей – горизонтальной, удлинение которой и приводит к егораспространению и вертикальной, обеспечивающей контакт с водой.
В некоторый момент16времени вертикальная часть разрядного канала находится в области (1) (рис. 10). Согласнопредложенной модели, развитие разряда осуществляется через ряд промежуточных этаповопределяемых тем, что в канале разряда происходит испарение воды и, при достиженииопределенной плотности паров в канале сопротивление этого участка резко возрастает. Врезультате происходит вторичный микропробой в воздушной среде соседнего участка (2),расположенного ближе к аноду (4). Такой цикл многократно повторяется и в результатеразряд распространяется от катода (3) к аноду.Рис. 10. Распространение канала разряда.1 – область занятая каналом разряда сначала, 2 – область которую занимает разрядпосле перемещения по направлению к аноду, 3 – катод, 4 –анод.Скоростипредложеннойраспространенияразряда,всогласуются[7]хорошовычисленныеснижнимнаоснованиидиапазономмоделизначенийэкспериментально полученных скоростей.Согласно предложенной модели распространение разряда является дискретным.
Дляпроверки этого вывода был проведен цикл экспериментов, в которых на пути движенияразряда размещались диэлектрические преграды.Схема расположения преград на пути распространения разряда представлена нарис. 11. Преграды были сделаны из диэлектрической лески (проволочки) и покрытылаком, чтобы избежать их смачивания водой. Диаметр преград изменялся от 0,3 мм до2 мм, расстояние между преградами было кратно 1 см. Длины проволочек были большепоперечных размеров кюветы с водой, что позволяло полностью перекрыть поверхностьводы. Преграды размещались, таким образом, при котором их нижние части смачивалисьводой, а верхние находились в воздухе. Эксперименты проводились при различныхвнешнихпараметрах,такихкакначальноенапряжение,величинабалластногосопротивления, диаметр проволоки, число преград и их положение относительно катода.17В отличие от работы [8] использовалось различное количество преград, расположенныхна поверхности воды.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
