ВЛИЯНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК ВНЕШНЕЙ ЧАСТИ ЭЛЕКТРИЧЕСКОЙ ЦЕПИ НА РАЗВИТИЕ НАНОСЕКУНДНОГО ИМПУЛЬСНОГО РАЗРЯДА

Обложка

Цитировать

Полный текст

Открытый доступ Открытый доступ
Доступ закрыт Доступ предоставлен
Доступ закрыт Только для подписчиков

Аннотация

Проводится численное исследование влияния элементов внешней части электрического контура на процессы внутри газоразрядного промежутка на этапе после образования колоннообразного искрового канала, замыкающего электроды. Предлагается метод корректировки тока в электрической цепи, основанный на решении дифференциального уравнения для потенциала на аноде. Моделирование проводится для четырех вариантов внешней электрической цепи: замыкание источника на электродах накоротко (постоянное напряжение на межэлектродном зазоре) и с балластным сопротивлением в R, RC- и RLC-контурах. В первых двух случаях рассматривается постоянный источник тока (ЭДС 25 кВ), в двух других — заряженный в начальный момент конденсатор C (до напряжения 25 кВ). Процессы моделируются в молекулярном азоте при атмосферном давлении (исключение — последний случай с пониженным давлением 150 Торр). Во всех случаях получены и проанализированы осциллограммы тока и напряжений на всех элементах цепи.

Об авторах

Е. А Ермаков

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, физический факультет

Email: eg.ermakov2013@yandex.ru
Москва, Россия

И. Э Иванов

Московский государственный университет им. М.В. Ломоносова, физический факультет

Email: ivanovmai@gmail.com
Москва, Россия

Список литературы

  1. Znamenskaya I., Koroteeva E., Doroshchenko I., Sysoev N. Evolution and fluid dynamic effects of pulsed columnshaped plasma // Experimental Thermal and Fluid Science. 2019. V. 109.109868 .
  2. Znamenskaya I., Mursenkova I., Doroshchenko I., Ivanov I. Flow analysis of a shock wave at pulse ionization: Riemann problem implementation // Physics of Fluids. 2019. V. 31. No. 11. 116101.
  3. Jia Liu, Mingshu Bi, Haipeng Jiang, and Wei Gao. Evaluation of spark discharge // Journal of Electrostatics. 2020. V. 107. 103500.
  4. Weidong Zhou, Kexue Li, Huiguo Qian, Zhijun Ren, and Youli Yu. Effect of voltage and capacitance in nanosecond pulse discharge enhanced laser-induced breakdown spectroscopy // Applied optics. 2012. V. 51. No. 7. P. 42–48.
  5. Korytchenko K.V., Essmann S., Markus D., Maas U., and Poklonskii E.V. Numerical and experimental investigation of the channel expansion of a low-energy spark in the air // Combustion Science and Technology. 2018. V. 191. No. 12. P. 2136–2161.
  6. Korytchenko K.V., Poklonskii E.V., and Krivosheev P.N. Model of the spark discharge initiation of detonation in a mixture of hydrogen with oxygen // Russian Journal of Physical Chemistry B. 2014. V. 8. No. 5. P. 692–700.
  7. Korytchenko K.V., Shypul O.V., Samoilenko D., Varshamova I.S., Lisniak А.A., Harbuz S.V., and Ostapov K.M. Numerical simulation of gap length influence on energy deposition in spark discharge // Electrical Engineering & Electromechanics. 2021. No. 1. P. 35–43.
  8. Суржиков С.Т. Численное моделирование двухмерной структуры тлеющего разряда с учетом нагрева нейтрального газа // ТВТ. 2005. T. 43. № 6. С. 828–844.
  9. Гладуш Г.Г., Самохин А.А. Численное исследование шнурования тока на электродах в тлеющем разряде // Прикл. мех. техн. физ. 1981. Т. 22. № 5. С. 15–23.
  10. Суржиков С.Т. Физическая механика газовых разрядов. М.: Изд-во МГТУ им. Н.Э. Баумана, 2006. 640 с.
  11. Ermakov E.A., Ivanov I.E. Numerical study of gas-dynamic and thermal processes in a pulsed electric discharge // Fluid Dynamics. 2023. V. 58. No. 4. P. 745–758.
  12. Ermakov E.A., Ivanov I.E., Kryukov I.A., Mursenkova I.V., and Znamenskaya I.A. Numerical simulations of nanosecond discharge in gas-dynamic flows // Journal of Physics: Conference Series. 2020. V. 1647. 012015.
  13. Kulikovsky A.A. The structure of streamers in N2. I: fast method of space-charge dominated plasma simulation // J. Phys. D: Appl. Phys. 1994. V. 27. P. 2556–63.
  14. Kulikovsky A.A. Nonlinear expansion of the cathode region in atmospheric pressure glow discharge // J. Phys. D: Appl. Phys. 1993. V. 28. P. 431–435.
  15. Surzhikov S.T., Shang J.S. Two-component plasma model for two-dimensional glow discharge in magnetic field // Journal of Computational Physics. 2004. V. 199. No. 2. P. 437–464.
  16. Shkurenkov I., Adamovich I.V. Energy balance in nanosecond pulse discharges in nitrogen and air // Plasma Sources Sci. Technol. 2016. V. 25. P. 12.
  17. Знаменская И.А., Коротеев Д.А., Попов Н.А. Наносекундный сильноточный разряд в сверхзвуковом потоке газа // Теплофизика высоких температур. 2005. Т. 43. № 5. С. 820–827.
  18. Райзер Ю.П. Физика газового разряда. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987. 592 с.
  19. Surzhikov S.T., Shang J.S. Multi-Fluid Model of Weakly Ionized Electro-Negative Gas // AIAA. 2004. Paper 04-2659.
  20. Surzhikov S.T., Shang J.S. Physics of The Surface Direct Current Discharge In Magnetic Field // AIAA. 2004. Paper 04-0176.
  21. Kulikovsky A.A. The structure of streamers in N2. II: two-dimensional simulation // J. Phys. D: Appl. Phys. 1994. V. 27. P. 2564–2569.
  22. Сухов А.К. Двумерное моделирование формирования тлеющего разряда в аргоне. Часть 1. Модель и расчетная схема // Вестник КГУ им. Н.А. Некрасова. 2014. № 6.
  23. Toro E.F. The HLLC Riemann solver // Shock Waves. 2019. V. 29. P. 1065–1082.
  24. Toro E.F., Spruce M., and Speares W. Restoration of the contact surface in the HLL-Riemann solver // Shock Waves. 1994. V. 4. P. 25–34.
  25. Годунов С.К. Разностный метод численного расчета разрывных решений уравнений гидродинамики / Матем. сб. М.: Математический институт имени В.А. Стеклова РАН, 1959. Т. 89. № 3. С. 271–306.
  26. Годунов С.К. Численное решение многомерных задач газовой динамики / Под ред. С.К. Годунова. М.: Наука, 1976. 400 с.
  27. Harten A., Lax P.D., and van Leer B. On upstream differencing and Godunov-type schemes for hyperbolic conservation laws // SIAM Review. 1983. V. 25. No. 1. P. 35–61.
  28. Знаменская И.А., Мурсенкова И.В., Наумов Д.С., Сысоев Н.Н. Локализация импульсного объемного разряда в вихревую зону за клином, обтекаемым сверхзвуковым потоком // Вестник Московского Университета. Серия 3. Физика. Астрономия. 2019. № 5. C. 80–85.
  29. Bruggeman P., Brandenburg R. Atmospheric pressure discharge filaments and microplasmas: physics, chemistry and diagnostics // J. Phys. D: Appl. Phys. 2013. V. 46. 464001.
  30. Базелян Э.М., Райзер Ю.П. Искровой разряд. М.: Изд-во МФТИ. 1997. 320 с.
  31. Vitello P.A., Penetrante B.M., and Bardsley J.N. Simulation of negative-streamer dynamics in nitrogen // Phys. Rev. E. 1994. V. 49. 5574.

Дополнительные файлы

Доп. файлы
Действие
1. JATS XML
Скачать

© Российская академия наук, 2025

Согласие на обработку персональных данных

 

Используя сайт https://journals.rcsi.science, я (далее – «Пользователь» или «Субъект персональных данных») даю согласие на обработку персональных данных на этом сайте (текст Согласия) и на обработку персональных данных с помощью сервиса «Яндекс.Метрика» (текст Согласия).