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雷云电场作用下长地线表面正极性辉光电晕放电的仿真研究

司马文霞 范硕超 杨庆 王琦

雷云电场作用下长地线表面正极性辉光电晕放电的仿真研究

司马文霞, 范硕超, 杨庆, 王琦
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  • 在雷云电场的缓慢作用下, 一种无流注的正极性辉光电晕在接地物体表面起始, 向周围空间注入大量正极性空间电荷, 从而改变雷电先导对雷击目的物的选择. 本文对雷云电场作用下起始于长地线表面的正极性辉光电晕放电进行了仿真研究; 考虑了正极性离子与其他离子的附着与碰撞作用, 建立了一种精确的二维正极性辉光电晕模型; 并通过在实验室内开展高压电晕放电试验, 测量了不同背景电场下的电晕电流; 与本文所建模型的仿真结果进行对比, 对模型的正确性进行了验证. 基于上述模型, 对正极性辉光电晕在雷云感应作用下的起始发展过程与电晕特性进行了仿真模拟, 得到了该电晕的电晕电流、正离子密度分布规律以及正离子迁移规律. 发现在雷云电场作用下, 电晕放电产生的正离子在迁移初期于垂直于地线的平面内基本呈圆对称状均匀分布, 但随着离子逐渐远离地线其分布不再均匀, 呈拉长的椭圆形分布, 多数离子最终分布于地线上方区域并逐渐向雷云方向迁移; 由于正离子在地线上方迁移区聚集形成的正空间电荷背景对行进电子束具有衰减和消耗作用, 抑制了电子崩的形成, 并降低了电子崩转化为流注的概率, 阻止了新的电子崩对流注的不断注入, 同时正空间电荷背景使气体的碰撞面增大, 增加了与电子的复合概率, 引起大量电子的消耗, 最终抑制了电子崩的形成与流注的发展, 地线表面的上行先导得到抑制.
    • 基金项目: 国家自然科学基金(批准号: 51177182)和国家创新研究群体基金(批准号: 51321063)资助的课题.
    [1]

    Chauzy S, Raizonville P 1982 J. Geophys. Res. 87 3143

    [2]

    Liu X X, He W, Yang F, Wang H Y, Liao R J, Xiao H G 2012 Chin. Phys. B 21 075201

    [3]

    Li X C, Bao W T, Jia P Y, Zhao H H, Di C, Chen J Y 2014 Chin. Phys. B 23 095202

    [4]

    Rakov V, Uman M A 2007 Lightning: Physics and Effects (1st Ed.) (Cambridge: Cambridge University Press) pp1-20

    [5]

    Waters R T, Stark W B 1975 J. Phys. D: Appl. Phys. 8 416

    [6]

    Uhlig C A E 1956 Proceedings of High Voltage Symposium on National Research Council of Canada Ottawa, Canada, 1956 pp15.1-15.13

    [7]

    Bazelyan E M, Raizer Y P 2000 Phys.-Usp. 43 701

    [8]

    Aleksandrov N L, Bazelyan E M, Carpenter R B J, Drabkin M M, Raizer Y P 2001 J. Phys. D: Appl. Phys. 34 3256

    [9]

    Aleksandrov N L, Bazelyan E M, Drabkin M M, Carpenter R B, Raizer Y P 2002 Plasma Phys. Rep. 28 953

    [10]

    Aleksandrov N L, Bazelyan E M, D’Alessandro F, Raizer Y P 2005 J. Phys. D: Appl. Phys. 38 1225

    [11]

    Bazelyan E M, Raizer Y P, Aleksandrov N L 2008 Plasma Sources Sci. Technol. 17 024015

    [12]

    Bazelyan E M, Raizer Y P, Aleksandrov N L, D’Alessandro F 2009 Atmos. Res. 94 436

    [13]

    Rizk F A M 2008 US Patent 7 468 879

    [14]

    Rizk F A M 2011 IEEE Trans. Power Deliv. 26 1156

    [15]

    Becerra M 2013 J. Phys. D: Appl. Phys. 46 135205

    [16]

    Becerra M, Cooray V 2006 J. Phys. D: Appl. Phys. 39 3708

    [17]

    Becerra M, Cooray V 2006 J. Phys. D: Appl. Phys. 39 4695

    [18]

    Gopalakrishnan V, Pawar S D, Murugavel P, Johare K P 2011 J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 73 1876

    [19]

    Soula S, Chauzy S 1991 J. Geophys. Res. 96 22327

    [20]

    Peek F W 1929 Dielectric Phenomena in High-Voltage Engineering (3rd Ed.) (New York: McGraw-Hill) pp48-108

    [21]

    Wesselingh J A, Krishna R 2000 Mass Transfer in Multicomponent Mixtures (1st Ed.) (The Netherlands: Delft University Press) pp95-103

    [22]

    Guo S H 2008 Electrodynamics (Beijing: Higher Education Press) (3rd Ed.) pp37-63 (in Chinese) [郭硕鸿 2008 电动力学 (第三版) (北京: 高等教育出版社) 第37-63页]

    [23]

    Qie X, Soula S, Chauzy S 1994 Ann. Geopysicae 12 1218

    [24]

    Cobine J D 1970 Gaseous Conductors: Theory and Engineering Applications (2nd Ed.) (New York: McGraw-Hill) pp259-280

    [25]

    Liao R J, Wu F F, Liu X H, Yang F, Yang L J, Zhou Z, Zhai L 2012 Acta Phys. Sin. 61 245201 (in Chinese) [廖瑞金, 伍飞飞, 刘兴华, 杨帆, 杨丽君, 周之, 翟蕾 2012 物理学报 61 245201]

    [26]

    Liu X X, He W, Yang F, Wang H Y, Liao R J, Xiao H G 2012 Jpn. J. Appl. Phys. 51 026001

    [27]

    Wu F F 2014 Ph. D. Dissertation (Chongqing: Chongqing University) (in Chinese) [伍飞飞 2014 博士学位论文 (重庆: 重庆大学)]

    [28]

    He W, Liu X X, Xian R C, Chen S H, Liao R J, Yang F, Xiao H G 2013 Plasma Sci. Technol. 15 335

    [29]

    Aleksandrov N L, Bazelyan E M, Raizer Y P 2005 Plasma Phys. Rep. 31 75

  • [1]

    Chauzy S, Raizonville P 1982 J. Geophys. Res. 87 3143

    [2]

    Liu X X, He W, Yang F, Wang H Y, Liao R J, Xiao H G 2012 Chin. Phys. B 21 075201

    [3]

    Li X C, Bao W T, Jia P Y, Zhao H H, Di C, Chen J Y 2014 Chin. Phys. B 23 095202

    [4]

    Rakov V, Uman M A 2007 Lightning: Physics and Effects (1st Ed.) (Cambridge: Cambridge University Press) pp1-20

    [5]

    Waters R T, Stark W B 1975 J. Phys. D: Appl. Phys. 8 416

    [6]

    Uhlig C A E 1956 Proceedings of High Voltage Symposium on National Research Council of Canada Ottawa, Canada, 1956 pp15.1-15.13

    [7]

    Bazelyan E M, Raizer Y P 2000 Phys.-Usp. 43 701

    [8]

    Aleksandrov N L, Bazelyan E M, Carpenter R B J, Drabkin M M, Raizer Y P 2001 J. Phys. D: Appl. Phys. 34 3256

    [9]

    Aleksandrov N L, Bazelyan E M, Drabkin M M, Carpenter R B, Raizer Y P 2002 Plasma Phys. Rep. 28 953

    [10]

    Aleksandrov N L, Bazelyan E M, D’Alessandro F, Raizer Y P 2005 J. Phys. D: Appl. Phys. 38 1225

    [11]

    Bazelyan E M, Raizer Y P, Aleksandrov N L 2008 Plasma Sources Sci. Technol. 17 024015

    [12]

    Bazelyan E M, Raizer Y P, Aleksandrov N L, D’Alessandro F 2009 Atmos. Res. 94 436

    [13]

    Rizk F A M 2008 US Patent 7 468 879

    [14]

    Rizk F A M 2011 IEEE Trans. Power Deliv. 26 1156

    [15]

    Becerra M 2013 J. Phys. D: Appl. Phys. 46 135205

    [16]

    Becerra M, Cooray V 2006 J. Phys. D: Appl. Phys. 39 3708

    [17]

    Becerra M, Cooray V 2006 J. Phys. D: Appl. Phys. 39 4695

    [18]

    Gopalakrishnan V, Pawar S D, Murugavel P, Johare K P 2011 J. Atmos. Sol.-Terr. Phys. 73 1876

    [19]

    Soula S, Chauzy S 1991 J. Geophys. Res. 96 22327

    [20]

    Peek F W 1929 Dielectric Phenomena in High-Voltage Engineering (3rd Ed.) (New York: McGraw-Hill) pp48-108

    [21]

    Wesselingh J A, Krishna R 2000 Mass Transfer in Multicomponent Mixtures (1st Ed.) (The Netherlands: Delft University Press) pp95-103

    [22]

    Guo S H 2008 Electrodynamics (Beijing: Higher Education Press) (3rd Ed.) pp37-63 (in Chinese) [郭硕鸿 2008 电动力学 (第三版) (北京: 高等教育出版社) 第37-63页]

    [23]

    Qie X, Soula S, Chauzy S 1994 Ann. Geopysicae 12 1218

    [24]

    Cobine J D 1970 Gaseous Conductors: Theory and Engineering Applications (2nd Ed.) (New York: McGraw-Hill) pp259-280

    [25]

    Liao R J, Wu F F, Liu X H, Yang F, Yang L J, Zhou Z, Zhai L 2012 Acta Phys. Sin. 61 245201 (in Chinese) [廖瑞金, 伍飞飞, 刘兴华, 杨帆, 杨丽君, 周之, 翟蕾 2012 物理学报 61 245201]

    [26]

    Liu X X, He W, Yang F, Wang H Y, Liao R J, Xiao H G 2012 Jpn. J. Appl. Phys. 51 026001

    [27]

    Wu F F 2014 Ph. D. Dissertation (Chongqing: Chongqing University) (in Chinese) [伍飞飞 2014 博士学位论文 (重庆: 重庆大学)]

    [28]

    He W, Liu X X, Xian R C, Chen S H, Liao R J, Yang F, Xiao H G 2013 Plasma Sci. Technol. 15 335

    [29]

    Aleksandrov N L, Bazelyan E M, Raizer Y P 2005 Plasma Phys. Rep. 31 75

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出版历程
  • 收稿日期:  2014-10-09
  • 修回日期:  2014-12-15
  • 刊出日期:  2015-05-05

雷云电场作用下长地线表面正极性辉光电晕放电的仿真研究

  • 1. 重庆大学, 输配电装备及系统安全与新技术国家重点实验室, 重庆市 400044
    基金项目: 

    国家自然科学基金(批准号: 51177182)和国家创新研究群体基金(批准号: 51321063)资助的课题.

摘要: 在雷云电场的缓慢作用下, 一种无流注的正极性辉光电晕在接地物体表面起始, 向周围空间注入大量正极性空间电荷, 从而改变雷电先导对雷击目的物的选择. 本文对雷云电场作用下起始于长地线表面的正极性辉光电晕放电进行了仿真研究; 考虑了正极性离子与其他离子的附着与碰撞作用, 建立了一种精确的二维正极性辉光电晕模型; 并通过在实验室内开展高压电晕放电试验, 测量了不同背景电场下的电晕电流; 与本文所建模型的仿真结果进行对比, 对模型的正确性进行了验证. 基于上述模型, 对正极性辉光电晕在雷云感应作用下的起始发展过程与电晕特性进行了仿真模拟, 得到了该电晕的电晕电流、正离子密度分布规律以及正离子迁移规律. 发现在雷云电场作用下, 电晕放电产生的正离子在迁移初期于垂直于地线的平面内基本呈圆对称状均匀分布, 但随着离子逐渐远离地线其分布不再均匀, 呈拉长的椭圆形分布, 多数离子最终分布于地线上方区域并逐渐向雷云方向迁移; 由于正离子在地线上方迁移区聚集形成的正空间电荷背景对行进电子束具有衰减和消耗作用, 抑制了电子崩的形成, 并降低了电子崩转化为流注的概率, 阻止了新的电子崩对流注的不断注入, 同时正空间电荷背景使气体的碰撞面增大, 增加了与电子的复合概率, 引起大量电子的消耗, 最终抑制了电子崩的形成与流注的发展, 地线表面的上行先导得到抑制.

English Abstract

参考文献 (29)

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