Распространение импульсного разряда над поверхностью воды и водных растворов (1104625), страница 4
Текст из файла (страница 4)
Для регистрации процесса распространения разряда фиксировалисьосциллограммы разрядного тока и падения напряжения. На рис. 12 а представленытипичные осциллограммы тока разряда (1) и падения напряжения на нем (2), а на рис. 12 бинтегральная фотография разряда для случая одной преграды.Рис. 11. Схема расположения преград.На осциллограммах (рис. 12 а) виден скачок тока и падение напряжения в моментдостижения разрядом преграды. На интегральной фотографии разряда (рис. 12 б) видно,как разряд огибает преграду.
Из результатов, представленных на рис. 12, можно сделатьвывод, что распространение разряда происходит скачкообразно, т.е. дискретно, чтоподтверждает модель, предложенную в [7].Рис 12. а) Осциллограмма тока (1) и напряжения (2) в разряде, L = 60 мм,τ =200 мкс, H = 5 мм, U0 = 12,9 кВ, Rб = 1 кОм, x = 2,5 см, d = 2 мм.
Цена большогоделения по горизонтали 50мкс/дел, а по вертикали: для тока и напряжения 10 А/дели 10 кВ/дел соответственно. б) Фотография разряда.18Были проведены эксперименты по определению влияния преград на минимальноенапряжение, необходимое для реализации завершенного разряда. На рис. 13 представленытипичные зависимости такого минимального значения напряжения от количества преград,находящихся на пути распространения разряда. Преграды размещались равномерно: дляграфика (1) – 1-ая на расстоянии 10 мм от катода, а каждая последующая на расстоянии,кратном 10 мм, а для графика (2) – 1-ая на расстоянии 10 мм от анода, а каждаяпоследующая на расстоянии, также кратном 10 мм.Рис.
13. Минимальное значение начального напряжения, необходимого дляраспространения разряда, в зависимости от количества преград, 1 – преградыразмещались от катода к аноду, 2 – от анода к катоду, 3 – значение минимальногонапряжения для воды без преград. L = 60 мм, τ =500 мкс, H = 5 мм, Rб = 1 кОм.Из представленных зависимостей следует, что увеличение числа преград приводит ксоответствующему росту начального напряжения, необходимого для реализациизавершенного разряда между электродами.
Отметим, что, когда увеличение числа преградначинается от катода (зависимость 1) рост минимального напряжения относительнослабый. В этом случае можно сказать, что напряжение остается практически постоянным.В тоже время, когда число преград увеличивается от анода (зависимость 2), наблюдаетсяплавный рост минимального напряжения от значения, полученного для воды безпреград (3), к величине, в пределах ошибки совпадающей со значением, полученным впервом случае. Таким образом, основное влияние на распространение разряда оказывает19преграда, ближайшая к катоду.
Полученные результаты могут быть объяснены наосновании газодинамической модели предложенной в [7].Впятойглаведиссертацииприведенырезультатыэкспериментальногоисследования зависимости скорости распространения разряда от сопротивления водногораствора.Для того чтобы получить зависимость скорости распространения разряда поповерхности жидкости от ее сопротивления, меняющегося в достаточно широкомдиапазоне (от 300 Ом до 300 кОм), в качестве жидкости использовался соляной растворопределенной концентрации в дистиллированной воде. На рис.
14 приведены типичныезависимостивременираспространенияразрядаисопротивленияжидкостиотконцентрации соли в воде при различных значениях балластного сопротивления. Какследует из представленных зависимостей, с увеличением концентрации соляного раствораего сопротивление падает, а время распространения разряда, сначала уменьшается донекоторого минимума, а затем растет. Таким образом, зависимость времени второй стадии(время движения разряда от катода к аноду) от сопротивления жидкости имеет минимум.Рис. 14.
Зависимости от концентрации соли: а – времени второй стадии разряда,б – сопротивления жидкости. L = 5 см, – Rб = 1 кОм, U0 = 17 кВ, ■ – Rб = 2 кОм,▲ – Rб = 4 кОм, U0 = 20 кВ.На рис. 15 а приведены зависимости средней скорости движения разряда отсопротивления жидкости (Rж) при различных значениях балластного сопротивления (Rб),а на рис.
15 б приведены аналогичные зависимости от отношения сопротивленияжидкости к сопротивлению балласта (Rж / Rб).Как видно из рис. 15 а, зависимость скорости распространения разряда отсопротивления жидкости имеет максимум. Причем этот максимум соответствует тем20большему сопротивлению жидкости, чем больше сопротивление балласта.
В тоже времяиз рис. 15 б следует, что скорость распространения разряда достигает максимальногозначения при одном и том же значении отношения сопротивления жидкости ксопротивлению балласта, а именно при Rж / Rб = 4, независимо от величины последнего.Рис. 15.
Зависимости скорости распространения разряда от: а – сопротивленияжидкости, б – отношения сопротивления жидкости к сопротивлению балласта.L = 5 см, – Rб = 1 кОм, U0 = 17 кВ, □ – Rб = 2 кОм, U0 = 20 кВ, ▲ – Rб = 4 кОм,U0 = 20 кВ.Сравнение результатов по определению скорости разряда, полученных длярастворов поваренной соли в дистиллированной и технической воде и растворов спирта втехнической воде, приведены на рис.
16 а. Достаточно хорошее совпадение результатов,полученных в различных экспериментах, еще раз подтверждает вывод о том, что скоростьраспространения разряда при определенных значениях Rж / Rб достигает максимальногозначения.Следует отметить, что правые ветви зависимостей представленных на рис.
15,соответствующие большим сопротивлениям жидкости (Rж > 4 ∙ Rб) качественносовпадают с результатами, которые следуют как из эмпирической формулы V ~ Ik [9], таки из газодинамической модели [7]. В тоже время, зависимость скорости распространенияразряда от сопротивления жидкости при Rж < 4 ∙ Rб, когда наблюдается уменьшениескорости с уменьшением сопротивления, в настоящий момент не может быть объяснено врамках существующих моделей.На основании естественных физических рассмотрений можно предположить, чтоосновными параметрами, определяющими скорость распространения разряда, являютсявеличина разрядного тока, и средняя напряженность электрического поля в головной21части движущегося разряда, поэтому необходимо рассмотреть зависимости этихпараметров от сопротивления жидкости.
На рис. 16 б представлены зависимостиначальных значений тока разряда (Iн) и средней начальной напряженности электрическогополя (Eн) от отношения Rж / Rб. При этом начальный ток разряда определялся посоответствующим осциллограммам, а значение средней начальной напряженностиоценивалось из следующего соотношения Eн = Uн / L, где Uн – начальное падениенапряжения на разряде, определяемое из осциллограмм, а L – расстояние междуэлектродами.Из рис. 16 б следует, что при малых значениях Rж / Rб величина начального токападает, а средняя напряженность электрического поля растет. При этом согласноэкспериментам скорость движения разряда увеличивается.
Из этого можно сделать вывод,что при малых значениях Rж / Rб скорость распространения разряда определяетсянапряженностью электрического поля.Рис. 16. Зависимости от отношения сопротивления жидкости к сопротивлению балласта,а – скорости распространения разряда: растворы соли в – технической и□ – дистиллированной воде, ▲– спирта в технической воде: Rб = 1 кОм, U0 = 20 кВ,L = 5 см, б – ■ – начального тока разряда и ▲– средней напряженности электрическогополя: Rб = 2 кОм, U0 = 20 кВ, L = 5 см.При больших же значениях Rж / Rб средняя напряженность электрического поляостается практически постоянной (в пределах средней статистической ошибки), авеличина тока разряда падет.
Скорость же распространения разряда тоже падает.Следовательно, можно сделать вывод, что при больших значениях Rж / Rб скоростьраспространения разряда определяется разрядным током.22Таким образом, на основании полученных результатов можно предположить, чтосредняя скорость распространения разряда пропорциональна произведению начальныхзначений тока разряда и средней напряженности электрического поля V ~ Iн ·Eн.
Однако,последнее выражение пропорционально отношению мощности, выделяемой в разрядномпромежутке, к его длине, и его максимальное значение достигается при Rж = Rб; в товремя как в экспериментах максимум скорости наблюдается при Rж = 4 · Rб.В этом случае можно предположить, что величина скорости определяетсяследующим соотношением:V = C · Iнk ·Eнm,где С – коэффициент пропорциональности, а показатели степени k и m могут приниматьнекоторые значения. Ток разряда равен: Iн = U0 / (Rж + Rб), где U0 – начальное напряжениев импульсе, а средняя начальная напряженность электрического поля: Eн = Uн / L == Iн · Rж / L = U0 · Rж /((Rж + Rб) · L). Тогда для определения скорости получаемследующее соотношение:V = C · U0k+m · Rжm / ((Rж + Rб)k+m · Lm),(1)Для определения показателя степени k воспользуемся аппроксимацией выражения(1), полученной при условии Rж » Rб.
![](https://s.studizba.com/z.php?f=/templates/si/i/noavatar.png&w=100&h=100&t=1"){kind=avatar}
