Об уточнении критерия однолавинно-стримерного перехода в воздухе в сильных однородных электрических полях
Ключевые слова:
электрический разряд в воздухе, электронная лавина, лавинно-стримерный переход, критерий лавинно-стримерного перехода, математическое моделирование
Аннотация
Изложены результаты математического моделирования лавинно-стримерных переходов в воздушном разрядном промежутке. Электрическое поле — однородное с напряженностью E0 = 50…70 кВ/см, атмосферные условия — нормальные. Рассмотрены только однолавинно-стримерные (ОЛС) переходы. За момент перехода принят момент времени, когда зарождается плазменный канал стримера. В результате ОЛС-перехода рождается двухголовочный стример. Сначала из лавины формируется его отрицательная анодонаправленная головка, после этого из следа лавины появляется его положительная катодонаправленная головка, за ней напряженность поля снижается до критического значения, при котором невозможна эффективная ударная ионизация. Плазменный канал стримера возникает раньше, в процессе рождения отрицательной головки. При его появлении между лавиной и следом еще продолжается эффективная ионизация. Критическое число электронов в лавине, определяемое на момент появления канала, слабо зависит от значения E0, если ЛС-переход протекает вдали от электродов. В этом случае оно составляет около 30 миллионов. Если переход происходит вблизи электродов, то оно лежит в пределах от 40 до 50 млн частиц.
Литература
1. Бортник И.М. и др. Электрофизические основы техники высоких напряжений. М: Изд-во МЭИ, 2018.
2. Базелян Э.М., Райзер Ю.П. Физика молнии и молниезащиты. М.: Физматлит, 2001.
3. Helling Ch., Jardine M., Witte S., Diver D.A. Ionization in Atmospheres of Brown Dwarfs and Extrasolar Planets. I. The Role of Electron Avalanche // Astrophysical J. 2011. V. 727. No. 4. Pp. 1—6.
4. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. Долгопрудный: Издат. дом «Интеллект», 2009.
5. Nijdam S. e. a. Probing Photoionization: Experiments on Positive Streamers in Pure Gases and Mixtures // J. Phys. D: Appl. Phys. 2010. V. 43. No. 14. P. 145204—145300.
6. Ламажапов Х.Д., Рыбаков Д.А. Влияние неоднородностей на продвижение стримеров // Вестник НГУ. Серия: «Физика». 2010. Т. 5. Вып. 1. С. 29—36.
7. Савельева Л.А., Самусенко А.В., Стишков Ю.К. Причины ветвления положительного стримера в неоднородном поле // Электронная обработка материалов. 2013. Т. 49. № 2. С. 36—47.
8. Куффель Е., Цаенгель В., Куффель Дж. Техника и электрофизика высоких напряжений. Долгопрудный: Издат. дом «Интеллект», 2011.
9. Ретер Г. Электронные лавины и пробой в газах. М.: Мир, 1968.
10. Meek J. A Theory of Spark Discharge // Phys. Rev. 1940. V. 57. Pp. 722—728.
11. Papageorgiou L., Metaxas A.C., Georghiou G.E. Three-dimensional Numerical Modelling of Gas Discharges at Atmospheric Pressure Incorporating Photoionization Phenomena // J. Phys. D: Appl. Phys. 2011. V .44. Pp. 045203—045222.
12. Oreshkin E.V., Barengolts S.A., Oreshkin V.I., Mesyats G.A. Parameters of a Runaway Electron Avalanche // Physics of Plasmas. 2017. V. 24. P. 103505.
13. Марченко М.А. Эффективное использование многоядерных сопроцессоров при суперкомпьютерном статистическом моделировании электронных лавин // Вестник ЮУрГУ. Серия «Вычислительная математика и информатика». 2013. Т. 2. № 4. С. 80—93.
14. Rabie M., Franck C.M. A Study of the Avalanche-to-streamer Transition in Arbitrary Gases by Particle Simulation // J. Phys. D: Appl. Phys. 2016. V. 49. P. 175202.
15. Montijn C., Ebert U. Diffusion Correction to the Raether-Meek Criterion for the Avalanche-to-streamer transition // J. Phys. D: Appl. Phys. 2006. V. 39. Pp. 2979—2992.
16. Стишков Ю.К., Самусенко А.В. Особенности распространения электронных лавин в неоднородных электрических полях // Вестник Санкт-Петербургского ун-та. 2009. Сер. 4. Вып. 3. С. 36—44.
17. Белогловский А.А. Сопоставление критериев лавинно-стримерного перехода при численном моделировании электронной лавины в воздушном промежутке с сильным электрическим полем // Электромагнитное поле и материалы (фундаментальные физические исследования): Материалы XXIII Всерос. конф. М.: ИНФРА-М, 2015. С. 54—61.
18. Белогловский А.А., Ильина Ю.Г. Численный расчёт критических параметров электронной лавины в воздухе // Фёдоровские чтения — 2015: Материалы XLV Междунар. науч.-практ. конф. с элементами научной школы. М.: Издат. дом МЭИ, 2015. С. 166—170.
19. Галимова А.В., Белогловский А.А. Расчёт и анализ электронных лавин и лавинно-стримерных переходов в сильном электрическом поле // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тезисы докл. XXIV Междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов. М.: Центр полиграфических услуг «Радуга», 2018. С. 1109.
20. Белогловский А.А. Верещагин И.П. Трёхмерное математическое моделирование стримерного разряда в воздухе с учётом ветвления: экономичный расчёт электрического поля // Электричество. 2011. № 11. С. 17—24.
---
Для цитирования: Белогловский А.А. Об уточнении критерия однолавинно-стримерного перехода в воздухе в сильных однородных электрических полях // Вестник МЭИ. 2020. № 6. С. 29—38. DOI: 10.24160/1993-6982-2020-6-29-38.
#
1. Bortnik I.M. i dr. Elektrofizicheskie Osnovy Tekhniki Vysokikh Napryazheniy. M: Izd-vo MEI, 2018. (in Russian).
2. Bazelyan E.M., Rayzer Yu.P. Fizika Molnii i Molniezashchity. M.: Fizmatlit, 2001. (in Russian).
3. Helling Ch., Jardine M., Witte S., Diver D.A. Ionization in Atmospheres of Brown Dwarfs and Extrasolar Planets. I. The Role of Electron Avalanche. Astrophysical J. 2011;727;4:1—6.
4. Rayzer Yu.P. Fizika Gazovogo Razryada. Dolgo-prudnyy: Izdat. Dom «Intellekt», 2009. (in Russian).
5. Nijdam S. e. a. Probing Photoionization: Experiments on Positive Streamers in Pure Gases and Mixtures. J. Phys. D: Appl. Phys. 2010;43;14:145204—145300.
6. Lamazhapov Kh.D., Rybakov D.A. Vliyanie Neodnorodnostey na Prodvizhenie Strimerov. Vestnik NGU. Seriya: «Fizika». 2010;5;1:29—36. (in Russian).
7. Savel'eva L.A., Samusenko A.V., Stishkov Yu.K. Prichiny Vetvleniya Polozhitel'nogo Strimera v Neodnorodnom Pole. Elektronnaya Obrabotka Materialov. 2013;49;2:36—47. (in Russian).
8. Kuffel' E., Tsaengel' V., Kuffel' Dzh. Tekhnika i Elektrofizika Vysokikh Napryazheniy. Dolgoprudnyy: Izdat. Dom «Intellekt», 2011. (in Russian).
9. Reter G. Elektronnye Laviny i Proboy v Gazakh. M.: Mir, 1968. (in Russian).
10. Meek J. A Theory of Spark Discharge. Phys. Rev. 1940;57:722—728.
11. Papageorgiou L., Metaxas A.C., Georghiou G.E. Three-dimensional Numerical Modelling of Gas Discharges at Atmospheric Pressure Incorporating Photoionization Phenomena. J. Phys. D: Appl. Phys. 2011;44:045203—045222.
12. Oreshkin E.V., Barengolts S.A., Oreshkin V.I., Mesyats G.A. Parameters of a Runaway Electron Avalanche. Physics of Plasmas. 2017;24:103505.
13. Marchenko M.A. Effektivnoe Ispol'zovanie Mnogoyadernykh Soprotsessorov pri Superkomp'yuternom Statisticheskom Modelirovanii Elektronnykh Lavin. Vestnik YUUrGU. Seriya «Vychislitel'naya Matematika i Informatika». 2013;2;4:80—93. (in Russian).
14. Rabie M., Franck C.M. A Study of the Avalanche-to-streamer Transition in Arbitrary Gases by Particle Simulation. J. Phys. D: Appl. Phys. 2016;49:175202.
15. Montijn C., Ebert U. Diffusion Correction to the Raether-Meek Criterion for the Avalanche-to-streamer transition. J. Phys. D: Appl. Phys. 2006;39:2979—2992.
16. Stishkov Yu.K., Samusenko A.V. Osobennosti Rasprostraneniya Elektronnykh Lavin v Neodnorodnykh Elektricheskikh Polyakh. Vestnik Sankt-Peterburgskogo Un-ta. 2009;4;3:36—44. (in Russian).
17. Beloglovskiy A.A. Sopostavlenie Kriteriev Lavinno-strimernogo Perekhoda pri Chislennom Modelirovanii Elektronnoy Laviny v Vozdushnom Promezhutke s Sil'nym Elektricheskim Polem. Elektromagnitnoe Pole i Materialy (Fundamental'nye Fizicheskie Issledovaniya): Materialy XXIII Vseros. Konf.M.:INFRA-M,2015:54—61. (in Russian).
18. Beloglovskiy A.A., Il'ina Yu.G. Chislennyy Raschet Kriticheskikh Parametrov Elektronnoy Laviny v Vozdukhe. Fedorovskie Chteniya — 2015: Materialy XLV Mezhdunar. Nauch.-prakt. Konf. s Elementami Nauchnoy Shkoly. M.: Izdat. Dom MEI, 2015:166—170. (in Russian).
19. Galimova A.V., Beloglovskiy A.A. Raschet i Analiz Elektronnykh Lavin i Lavinno-strimernykh Perekhodov v Sil'nom Elektricheskom Pole. Radioelektronika, Elektrotekhnika i Energetika: Tezisy Dokl. XXIV Mezhdunar. Nauch.-tekhn. Konf. Studentov i Aspirantov. M.: Tsentr Poligraficheskikh Uslug «Raduga», 2018:1109. (in Russian).
20. Beloglovskiy A.A. Vereshchagin I.P. Trekhmernoe Matematicheskoe Modelirovanie Strimernogo Razryada v Vozdukhe s Uchetom Vetvleniya: Ekonomichnyy Raschet Elektricheskogo Polya. Elektrichestvo. 2011;11:17—24. (in Russian).
---
For citation: Beloglovsky A.A. On Refining the Criterion for a Single Avalanche-tо-Streamer Transition in Air in Strong Uniform Electric Fields. Bulletin of MPEI. 2020;6:29—38. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2020-6-29-38.
2. Базелян Э.М., Райзер Ю.П. Физика молнии и молниезащиты. М.: Физматлит, 2001.
3. Helling Ch., Jardine M., Witte S., Diver D.A. Ionization in Atmospheres of Brown Dwarfs and Extrasolar Planets. I. The Role of Electron Avalanche // Astrophysical J. 2011. V. 727. No. 4. Pp. 1—6.
4. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. Долгопрудный: Издат. дом «Интеллект», 2009.
5. Nijdam S. e. a. Probing Photoionization: Experiments on Positive Streamers in Pure Gases and Mixtures // J. Phys. D: Appl. Phys. 2010. V. 43. No. 14. P. 145204—145300.
6. Ламажапов Х.Д., Рыбаков Д.А. Влияние неоднородностей на продвижение стримеров // Вестник НГУ. Серия: «Физика». 2010. Т. 5. Вып. 1. С. 29—36.
7. Савельева Л.А., Самусенко А.В., Стишков Ю.К. Причины ветвления положительного стримера в неоднородном поле // Электронная обработка материалов. 2013. Т. 49. № 2. С. 36—47.
8. Куффель Е., Цаенгель В., Куффель Дж. Техника и электрофизика высоких напряжений. Долгопрудный: Издат. дом «Интеллект», 2011.
9. Ретер Г. Электронные лавины и пробой в газах. М.: Мир, 1968.
10. Meek J. A Theory of Spark Discharge // Phys. Rev. 1940. V. 57. Pp. 722—728.
11. Papageorgiou L., Metaxas A.C., Georghiou G.E. Three-dimensional Numerical Modelling of Gas Discharges at Atmospheric Pressure Incorporating Photoionization Phenomena // J. Phys. D: Appl. Phys. 2011. V .44. Pp. 045203—045222.
12. Oreshkin E.V., Barengolts S.A., Oreshkin V.I., Mesyats G.A. Parameters of a Runaway Electron Avalanche // Physics of Plasmas. 2017. V. 24. P. 103505.
13. Марченко М.А. Эффективное использование многоядерных сопроцессоров при суперкомпьютерном статистическом моделировании электронных лавин // Вестник ЮУрГУ. Серия «Вычислительная математика и информатика». 2013. Т. 2. № 4. С. 80—93.
14. Rabie M., Franck C.M. A Study of the Avalanche-to-streamer Transition in Arbitrary Gases by Particle Simulation // J. Phys. D: Appl. Phys. 2016. V. 49. P. 175202.
15. Montijn C., Ebert U. Diffusion Correction to the Raether-Meek Criterion for the Avalanche-to-streamer transition // J. Phys. D: Appl. Phys. 2006. V. 39. Pp. 2979—2992.
16. Стишков Ю.К., Самусенко А.В. Особенности распространения электронных лавин в неоднородных электрических полях // Вестник Санкт-Петербургского ун-та. 2009. Сер. 4. Вып. 3. С. 36—44.
17. Белогловский А.А. Сопоставление критериев лавинно-стримерного перехода при численном моделировании электронной лавины в воздушном промежутке с сильным электрическим полем // Электромагнитное поле и материалы (фундаментальные физические исследования): Материалы XXIII Всерос. конф. М.: ИНФРА-М, 2015. С. 54—61.
18. Белогловский А.А., Ильина Ю.Г. Численный расчёт критических параметров электронной лавины в воздухе // Фёдоровские чтения — 2015: Материалы XLV Междунар. науч.-практ. конф. с элементами научной школы. М.: Издат. дом МЭИ, 2015. С. 166—170.
19. Галимова А.В., Белогловский А.А. Расчёт и анализ электронных лавин и лавинно-стримерных переходов в сильном электрическом поле // Радиоэлектроника, электротехника и энергетика: Тезисы докл. XXIV Междунар. науч.-техн. конф. студентов и аспирантов. М.: Центр полиграфических услуг «Радуга», 2018. С. 1109.
20. Белогловский А.А. Верещагин И.П. Трёхмерное математическое моделирование стримерного разряда в воздухе с учётом ветвления: экономичный расчёт электрического поля // Электричество. 2011. № 11. С. 17—24.
---
Для цитирования: Белогловский А.А. Об уточнении критерия однолавинно-стримерного перехода в воздухе в сильных однородных электрических полях // Вестник МЭИ. 2020. № 6. С. 29—38. DOI: 10.24160/1993-6982-2020-6-29-38.
#
1. Bortnik I.M. i dr. Elektrofizicheskie Osnovy Tekhniki Vysokikh Napryazheniy. M: Izd-vo MEI, 2018. (in Russian).
2. Bazelyan E.M., Rayzer Yu.P. Fizika Molnii i Molniezashchity. M.: Fizmatlit, 2001. (in Russian).
3. Helling Ch., Jardine M., Witte S., Diver D.A. Ionization in Atmospheres of Brown Dwarfs and Extrasolar Planets. I. The Role of Electron Avalanche. Astrophysical J. 2011;727;4:1—6.
4. Rayzer Yu.P. Fizika Gazovogo Razryada. Dolgo-prudnyy: Izdat. Dom «Intellekt», 2009. (in Russian).
5. Nijdam S. e. a. Probing Photoionization: Experiments on Positive Streamers in Pure Gases and Mixtures. J. Phys. D: Appl. Phys. 2010;43;14:145204—145300.
6. Lamazhapov Kh.D., Rybakov D.A. Vliyanie Neodnorodnostey na Prodvizhenie Strimerov. Vestnik NGU. Seriya: «Fizika». 2010;5;1:29—36. (in Russian).
7. Savel'eva L.A., Samusenko A.V., Stishkov Yu.K. Prichiny Vetvleniya Polozhitel'nogo Strimera v Neodnorodnom Pole. Elektronnaya Obrabotka Materialov. 2013;49;2:36—47. (in Russian).
8. Kuffel' E., Tsaengel' V., Kuffel' Dzh. Tekhnika i Elektrofizika Vysokikh Napryazheniy. Dolgoprudnyy: Izdat. Dom «Intellekt», 2011. (in Russian).
9. Reter G. Elektronnye Laviny i Proboy v Gazakh. M.: Mir, 1968. (in Russian).
10. Meek J. A Theory of Spark Discharge. Phys. Rev. 1940;57:722—728.
11. Papageorgiou L., Metaxas A.C., Georghiou G.E. Three-dimensional Numerical Modelling of Gas Discharges at Atmospheric Pressure Incorporating Photoionization Phenomena. J. Phys. D: Appl. Phys. 2011;44:045203—045222.
12. Oreshkin E.V., Barengolts S.A., Oreshkin V.I., Mesyats G.A. Parameters of a Runaway Electron Avalanche. Physics of Plasmas. 2017;24:103505.
13. Marchenko M.A. Effektivnoe Ispol'zovanie Mnogoyadernykh Soprotsessorov pri Superkomp'yuternom Statisticheskom Modelirovanii Elektronnykh Lavin. Vestnik YUUrGU. Seriya «Vychislitel'naya Matematika i Informatika». 2013;2;4:80—93. (in Russian).
14. Rabie M., Franck C.M. A Study of the Avalanche-to-streamer Transition in Arbitrary Gases by Particle Simulation. J. Phys. D: Appl. Phys. 2016;49:175202.
15. Montijn C., Ebert U. Diffusion Correction to the Raether-Meek Criterion for the Avalanche-to-streamer transition. J. Phys. D: Appl. Phys. 2006;39:2979—2992.
16. Stishkov Yu.K., Samusenko A.V. Osobennosti Rasprostraneniya Elektronnykh Lavin v Neodnorodnykh Elektricheskikh Polyakh. Vestnik Sankt-Peterburgskogo Un-ta. 2009;4;3:36—44. (in Russian).
17. Beloglovskiy A.A. Sopostavlenie Kriteriev Lavinno-strimernogo Perekhoda pri Chislennom Modelirovanii Elektronnoy Laviny v Vozdushnom Promezhutke s Sil'nym Elektricheskim Polem. Elektromagnitnoe Pole i Materialy (Fundamental'nye Fizicheskie Issledovaniya): Materialy XXIII Vseros. Konf.M.:INFRA-M,2015:54—61. (in Russian).
18. Beloglovskiy A.A., Il'ina Yu.G. Chislennyy Raschet Kriticheskikh Parametrov Elektronnoy Laviny v Vozdukhe. Fedorovskie Chteniya — 2015: Materialy XLV Mezhdunar. Nauch.-prakt. Konf. s Elementami Nauchnoy Shkoly. M.: Izdat. Dom MEI, 2015:166—170. (in Russian).
19. Galimova A.V., Beloglovskiy A.A. Raschet i Analiz Elektronnykh Lavin i Lavinno-strimernykh Perekhodov v Sil'nom Elektricheskom Pole. Radioelektronika, Elektrotekhnika i Energetika: Tezisy Dokl. XXIV Mezhdunar. Nauch.-tekhn. Konf. Studentov i Aspirantov. M.: Tsentr Poligraficheskikh Uslug «Raduga», 2018:1109. (in Russian).
20. Beloglovskiy A.A. Vereshchagin I.P. Trekhmernoe Matematicheskoe Modelirovanie Strimernogo Razryada v Vozdukhe s Uchetom Vetvleniya: Ekonomichnyy Raschet Elektricheskogo Polya. Elektrichestvo. 2011;11:17—24. (in Russian).
---
For citation: Beloglovsky A.A. On Refining the Criterion for a Single Avalanche-tо-Streamer Transition in Air in Strong Uniform Electric Fields. Bulletin of MPEI. 2020;6:29—38. (in Russian). DOI: 10.24160/1993-6982-2020-6-29-38.
Опубликован
2020-01-27
Выпуск
Раздел
Техника высоких напряжений (05.14.12)
