空气间隙冲击火花放电路径动态特性研究

There is complex dynamic characteristics of spark discharge path in air gap, and the mechanism is not yet clear. Therefore, experiments and numerical simulations will be applied to study deeply on this problem. The main contents in the project are as bellow: (1) Experimental platform will be set up for optical and electrical observation of spark discharge path in typical air gaps. Parameters are put forward for characterization of discharge path. Besides, image processing algorithm based on fuzzy clustering are applied to calculate those characteristic parameters. These parameters achieved during experiments are analyzed for their statistical relation between them and factors. (2) The plasma discharge model will be built to simulate the spark discharge process of typical air gap, which will be used to simulate the micro particle motion process under different conditions. (3) The mathematical relation between dynamic parameters of discharge path and other facts are achieved according to the experimental data and simulation results. Finally, numerical calculation model will be done for simulating dynamic characteristics of spark discharge path in typical air gaps according to the mathematical relation and steamer initiation parameters and gap breakdown parameters. The work conducted in this project can provide theoretical and experimental basis for the development of gas discharge theory.

空气间隙冲击火花放电路径具有复杂多变的半随机动态特性，而该特性的形成机理尚未明晰。本项目拟采用试验和数值仿真计算两种手段研究冲击电压作用下典型空气间隙中火花放电路径的动态特性。研究内容包括：（1）搭建空气间隙冲击火花放电路径发展特性观测平台，对放电路径物理发展过程进行光学和电学观测，提取放电路径动态特性的表征参数，并利用基于模糊聚类的图像处理算法处理放电图像，以获得放电路径动态特性参数的统计规律，定量分析不同影响因素对空气间隙火花放电路径动态特性的影响效果；（2）基于上述放电试验结果和放电理论，建立空气间隙冲击火花放电过程的粒子放电模型，计算不同影响因素对放电过程中微观粒子运动过程的影响效果；（3）获得火花放电路径动态特征量与各因素数学关系，结合空气间隙流注起始参数和间隙击穿参数，建立典型间隙火花放电路径动态特性模型。本项目研究工作可为气体放电理论的完善和发展提供一定的理论和试验依据。

空气间隙冲击火花放电路径具有复杂多变的半随机动态特性，本项目采用试验和数值仿真计算两种手段研究冲击电压作用下典型空气间隙中火花放电路径的动态特性。研究内容包括：（1）搭建空气间隙冲击火花放电路径发展特性观测平台，对棒-锥头棒间隙、棒-半球头棒间隙和棒-双棒组合间隙的负极性冲击放电物理发展过程进行光学和电学观测，分析了不同因素对空气间隙50%放电电压影响规律，揭示了不同因素对空气间隙负极性火花放电发展过程的影响规律；（2）明晰了空气间隙负极性火花放电路径的弯曲分叉机理，发现空气间隙负极性下行流注主分支发展方向与其放电路径初始发展方向一致的规律，基于数学形态学和分形原理编写的图像处理算法，统计计算火花放电路径初始发展方向、分形维数、放电路径长度等参数与不同影响因素的相关关系，揭示空气间隙火花放电路径初始方向角服从正态分布规律；（3）定量分析棒-双棒组合间隙中火花放电路径初始方向与放电选择性之间的关系，分析了外施电压幅值、间隙距离对火花放电下行流注放电、上行流注放电发展的影响规律，定量统计火花放电路径选择性与接地棒电极形状的相关关系；（4）建立空气间隙冲击火花放电过程的放电模型，模拟空气间隙负极性流注放电过程，并计算不同影响因素对空气间隙负极性放电过程的影响效果。