纳秒亚纳秒脉冲下电极覆盖短气（油）隙放电机理研究

纳秒亚纳秒脉冲下的"电极覆盖短气（油）隙绝缘放电机理"试验研究，涉及到电极构形、电极导体材料的功函数、覆盖介质特性、间隙尺寸以及间隙气体种类（电负性和非电负性气体）等多因素，本课题有针对性选择典型的气体（液体）和聚合物材料（聚酯薄膜和电缆纸）构成的导体-介质覆盖-气（油）隙和介质覆盖-导体对称绝缘系统，或导体-介质覆盖-气（油）隙-导体非对称绝缘体系，施加纳秒亚纳秒脉冲电压，通过试验研究揭示纳秒脉冲下的电极覆盖短气（油）隙放电机理，以及电极材料、构形、覆盖介质特性和不同气体介质、压力和间隙距离的影响；揭示纳秒亚纳秒脉冲下的电极覆盖短气隙绝缘放电过程和击穿机理，包括：在窄脉冲作用下空间电荷产生、空间电场建立、介质表面电荷沉积规律以及放电通道形成的微观机制；揭示纳秒亚纳秒脉冲下的电极覆盖短油隙绝缘放电机理，以及电极材料、构形、覆盖介质特性和液体介质性能、温度和间隙距离的影响。

遵循物理守恒定律、流体力学理论和方法建立了描述窄脉冲电极覆盖短气隙放电过程粒子连续性方程、动量方程并耦合泊松方程的非线性微分方程动力学模型，运用先进的解析算法，获得了短间隙气体放电过程非线性动力学行为的演化规律，有针对性选择典型的空气和SF6为研究对象，选择不同介电性能的覆盖介质构成导体-介质覆盖-气隙-介质覆盖-导体的绝缘结构，分析了其放电过程动力学行为，揭示了纳（亚）秒脉冲下的电极覆盖短气隙放电机理，以及空间电荷产生、空间电场建立、介质表面电荷沉积规律和放电通道形成演化机制，并获得了电极系统参量、激励参量和介质特性对其空间电场、粒子密度及动力学行为的依赖关系。同时对空气中不同间距下的针-板电极、尖-尖电极进行了放电实验，分别采集了空气在短间隙针-板电极和尖-尖电极放电瞬间的图像和光谱信息，观察到随着外施电压的改变，间隙流注放电通道演化过程，并依据实验数据获得了电子温度、电子密度等相关参量，与计算结果吻合。为了研究快脉冲下液体介质放电过程中带电粒子的微观动力学行为，以及不同条件对放电过程中流注发展的影响，建立了针-球电极物理模型和相应的数学模型，主要包括电子、正负离子的连续性方程，描述液体温度变化的热扩散方程，同时耦合泊松方程描述电场变化，数值模拟了0.01/0.1μs、0.05/0.2μs和0.1/2μs脉冲电压下环烷基液体介质预击穿过程电场、空间电荷密度、温度的变化规律以及放电通道流注的形成和传播过程，获得的成果为进一步研究探索极端条件下液体放电机制提供了思路和方法，对拓展其应用领域具有实际意义。