小间隙放电中电极移动速度效应机理研究

在数微米至数毫米的小间隙静电放电中，真实放电观察和实验结果均表明，带电体与受电物体之间的相对运动速度会显著改变放电参数的数值和性质。航空航天、工业生产中存在大量这类小间隙放电，静电放电测试标准修订也需要讨论这种放电，因而完全有必要对静电放电过程中，相对较慢的电极机械运动速度为何对变化极其迅速的放电过程及其参数产生显著影响的机理进行探索，给出理论阐述和实验证明。通过对带电物体与受电体间相对移动速度对小间隙放电过程产生显著影响的宏观与微观物理模型分析、数学建模，计算机仿真，实验室验证，就小间隙静电放电过程中带电体与受电体之间相对运动速度对放电过程及其参数产生显著作用的机理，带电体电压和速度变化引起放电参数产生临界现象的机理，本项目将进行探索研究，给出较为明确的理论阐释和实验证明。这对于航空航天仪器设备的静电放电危害防护、工业生产安全和电子电气系统静电放电测试标准的修订等有重要意义。

电极向靶的移动速度对放电参数产生显著影响的机理，是静电放电研究领域中的一个难点。自从1987年瑞士学者提出这个问题以来，有很多学者进行过相关研究，但电极移动速度影响放电参数的机理研究，一直未获得公认的成果。我们研究团队所承担的国家自然科学基金项目“小间电放中电极移动速度效应机理研究”，经过研究团队成员三年的拼搏努力，取得了比较多的成果。 . 在理论上，我们对静电放电的电极移动速度效应提出的初步解释是：电极快速向靶移动可能造成气体流动降低放电间隙气体压强，相对提高了放电间隙的真空度，使放电头发出的带电粒子以更快的速度飞向放电靶，从而使放电电流电压上升斜率变陡峭，峰值增加。基于这个假设和流体力学、气体放电理论，通过仿真分析对电极移动速度影响气体压强，从而改变放电电流、放电电压进行数值分析计算。仿真计算结果表明，电极快速向靶移动速度可以降低气体压强，明显提高放电电流上升斜率和增大放电电流峰值。同时，我们还提出了微小放电间隙放电参数非线性与离散性机理的探索问题，试图从微观和宏观结合的理论加上实验测试检验加以研究。. 实验上，我们自行研制了静电放电多因素影响测试研究系统，通过精巧设计从根本上解决了高速运动电极和避免电极与靶可能强烈冲击造成仪器损坏的国际性难题。这一发明可以比较精确地考察电极移动速度、气体压强、温度、湿度、气体种类等多个因素对放电性质和结果的影响，可以推动静电放电研究方向在更广更深的层次上进行。我们研制的静电放电多因素影响测试研究系统具有完全独立的自主知识产权，已经申报国家发明专利，并打算申报国际发明专利。. 利用我们研制的静电放电多因素影响实验测试系统进行的初步实验测试结果表明，气体压强的降低确实非常明显地减小了放电电流电压的上升时间，即增大了上升斜率的陡峭程度。同时，初步实验测试结果也表明，放电电流峰值同样随着气体压强的减小而增加，与原来所提出的电极移动速度效应初步理论解释的预计相吻合。这就在实验上初步证实了我们所提出的电极快速向靶移动引起放电电流斜率和峰值增大的原因。