棒-板电极下缩比气隙辉光放电相似性的仿真研究

建立了棒-板电极下氩气直流放电的流体模型,利用有限元法对几何位形相似的两个气隙放电过程进行了数值求解.两放电气隙外加电压相同,气隙线性尺寸的比值为10:1,气压分别为1 Torr和10 Torr.仿真得到了两相似气隙的放电的伏安特性曲线以及放电物理量(如电位、电场、电子密度、离子密度、电子温度等)的空间分布.根据气体放电相似性的基本结论,检验了气隙对应物理量之间的数值关系.结果表明:两相似气隙的放电类型为正常辉光放电,对应放电物理量之间存在相似性理论指出的比例关系,且在相同幅值的直流电压作用下,气隙放电的工作点相同.这将为利用气体放电相似性来外推相似气隙的放电特性提供一定的理论依据.     

Influence of Forbidden Processes on Similarity Law in Argon Glow Discharge at Low Pressure

The similarity law of gas discharge is not always valid due to the occurrence of some elementary processes, such as the stepwise ionization process, which are defined as the forbidden processes. To research the influence of forbidden processes on the similarity law, physical parameters （i.e., the electric field, electron density, electron temperature） in similar gaps are investigated based on the fluid model of gas discharge. The products of gas pressure p and dimensions are kept to be constant in similar gaps and the discharge model is solved with and without the forbidden processes, respectively. Discharges in similar gaps are identified as glow discharges and the typical similarity relations all are investigated. The results show that the forbidden processes cause significant deviations of similarity relations from the theoretical ones and the deviations are enlarged as the scaled-down factor k increases. If the forbidden processes are excluded from the model, the similarity law will be valid in argon glow discharge at low pressure.     

缩比间隙中辉光放电相似性的初步研究

为了研究缩比实验在气体放电中的有效性, 对缩比间隙中的低气压氩气放电进行了数值模拟. 根据气体放电相似性的猜想, 如果间隙气压p和间隙距离d的乘积为常量, 即p₁d₁=p₂d₂, 并且约化电场E/p 在两个间隙中的空间分布相同, 那么这两个放电间隙的放电特性存在相似性. 数值模拟中设置三个缩比间隙: 气隙A的长度为30 mm, 气压为1 Torr (1 Torr=133.322 Pa); 气隙B的长度为15 mm, 气压为2 Torr; 气隙C的长度为10 mm, 气压为3 Torr. 仿真结果表明, 三个间隙均为辉光放电, 并存在明显的阴极位降区. 间隙A, B, C 的阴极位降区的厚度d_C分别为2.71, 1.35和0.87 mm, 相对应的pd值几乎相同, 即pd_C≈2.70 Torr·mm. 这与氩气辉光放电Paschen曲线最低点(pd≈2.86 Torr·mm)相近. 缩比间隙的放电参数的特性(如工作电压、电场、电流密度、电子密度和离子密度的沿“空间”px的分布)的数值计算结果与放电相似性猜想所预计的结果一致. 所以, 可以认为放电相似性猜想适用于低气压氩气缩比间隙的辉光放电. 关键词： 放电相似性 辉光放电 缩比间隙     

基于克尔效应的真空绝缘子表面电场在线测量

克尔效应(Kerr Effect)作为一种电光效应,主要表现为:克尔介质在外加电场作用下,会使得入射到其中的探测光带有外加电场的信息.基于上述原理,设计并搭建了由快脉冲高电压源、YAG激光器、同步控制子系统、被测绝缘子及克尔效应单元、相位差检测子系统构成的真空绝缘子表面电场在线测量实验平台.通过对比性测量,观察到了真空绝缘子沿面带电导致的表面电场畸变现象.并进一步对绝缘子表面电场的畸变进行了时间分辨测量.     

真空绝缘子脉冲表面电场在线测量系统的实现

基于Kerr电光效应,建立了用以对纳秒脉冲高电压作用下的真空绝缘子表面电场进行在线测量的实验系统。该测量系统由快脉冲高电压源、YAG激光器、同步控制系统、被测中空薄壁绝缘子及Kerr效应单元、光学相位差检测系统等部分构成。利用YAG激光器输出的激光脉冲,触发导通快脉冲高压源中的高压气体开关,使其给被测绝缘子试品上施加一个脉宽100ns的高压脉冲方波。利用同步控制,使得探测激光在试品上的脉冲方波达到幅值后,入射到Kerr腔体中对Kerr效应进行探测。从而实现了对绝缘子表面电场的在线测量,并给出了初步的测量结果。