Пузырьковая модель зажигания импульсного электрического разряда в жидкостях

• Автор: Коробейников, Сергей Миронович
• Шифр специальности: 01.04.13
• Научная степень: Докторская
• Год защиты: 1997
• Место защиты: Новосибирск
• Количество страниц: 332 с. : ил.

СОДЕРЖАНИЕ

ПЕРЕЧЕНЬ УСЛОВНЬЬХ ОБОЗНАЧЕНИЙ

ВВЕДЕНИЕ

1. МОДЕЛЬ ЗАЖИГАНИЯ РАЗРЯДА В ЖИДКОСТЯХ

1.1. Существующие модели зажигания разряда.

1.1.1. Ударная ионизация

1.1.2. Образование пузырьков

1.1.3. Процессы, связанные с пузырьками

1.2. Предлагаемая модель

1.2.1. Существование пузырьков

1.2.2. Появление пузырьков под действием электрического поля

1.2.3. Инициирование разряда в пузырьке
1.2.4. Роль электрода в инициировании разряда
1.2.5. Механизм разряда в микропузырьках
1.2.6. Частичные разряды в пузырьках
1.3. Математическая модель процессов
1.4. Переход разряда в жидкую фазу
1.4.1. Критерий зажигания разряда в жидкости
1.4.2. Распространение разряда
1. 5. Вывод по первому разделу
2. ПОВЕДЕНИЕ ЖИДКОСТЕЙ В СИЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЯХ
2.1. Анализ литературных данных по электрострикционному давлению в
жидкостях
2.1.1. Электрострикционное давление в жидкости в условиях импульсного пробоя жидких диэлектриков
2.1.2. Зависимость диэлектрической проницаемости от плотности
2.1.3. Условия электрогидростатического равновесия
2.2. Динамика электрострикционного давления в жидком диэлектрике при воздействии импульсного резконеоднородного электрического ПОЛЯ
2.2.1. Электрострикционная волна у сферического электрода при импульсном воздействии напряжения
2.2.2. Эффект дипольного насыщения и его влияние на предпробивные процессы
в системе острийных электродов
2.2.3. Электрострикционные волны в коаксиальной линии
2.3. Современные представления об электропроводности жидкостей
2.3.1. Появление носителей заряда
2.3.2. Движение носителей заряда
2.4. Приэлектродные явления
2.4.1. Двойной электрический слой
2.4.2. Поверхностная диссоциация
2.4.3 Эмиссия носителей заряда и электродные реакции
2.4.4. Распределение поля в приэлектродной области
2.5. Распределение давления при эмиссии носителей заряда
2.5.1. Распределение давления в случае плоских электродов
2.5.2. Эмиссия и прголектродное давление в случае резконеоднородного поля
2.6. Выводы по второму разделу
3. ПОВЕДЕНИЕ ПУЗЫРЬКОВ В СИЛЬНЫХ ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ ПОЛЯХ
3.1. Анализ литературных данных по влиянию электрического поля на образование и поведение пузырьков
3.1.1. Электростатический механизм образования пузырьков
3.1.2. Деформация пузырька в электрическом поле
3.2. Влияние электрострикции на деформацию и устойчивость пузырька
3.2.1. Линейное приближение
3.2.2. Устойчивость пузырьков
3.3. Влияние электрического поля на образование пузырьков
3.3.1. Влияние изменения давления в пузырьке на фазовое равновесие
3.3.2. Расчет давления в пузырьке в случае малых деформаций
3.3.3. Влияние неустойчивости формы пузырька на характер кипения жидкости
3.3.4. Влияние электрического поля на точку кипения жидкости
3.3.5. Влияние электрического поля на метастабильные жидкости
3.3.6. Анализ возможности образования предпробивных пузырьков под действием электрического поля
3.4. Анализ предпробивных пузырьков
3.4.1. Анализ времен релаксации
3.4.2. Деформация движущегося пузырька в электрическом поле
3.4.3. Влияние электрогидродинамических течений
3.5. Выводы по третьему разделу
4. РАСЧЕТ ЗАКОНОМЕРНОСТЕЙ ИМПУЛЬСНОГО ПРОБОЯ ЖИДКОСТЕЙ И СОПОСТАВЛЕНИЕ С ЭКСПЕРИМЕНТОМ.

4.1. Вольт - секундные зависимости
4.2. Влияние давления на электрическую прочность
4.2.1. Влияние длительности импульса на ЕЬ(Р)
4.2.2. Зависимость предпробивного времени от давления при пробое гексана
4.2.3. Зависимость предпробивного времени от крутизны импульса при воздействии линейно-нарастающего напряжения
4.3. Влияние температуры
4.4. Эффект полярности
4.5. Влияние электропроводности на электрическую прочность
4.6. Зависимость электрической прочности от площади электродов
4. 7. Экспериментальные доказательства модели
4.7.1. Эксперимент, в котором зарегистрировано периодическое импульсное изменение электрического поля
4.7.2. Эксперимент, в котором зафиксирована цепочка пузырьков
4.7.3. Зажигание разряда за счет «большого» пузырька
4.7.4. Эксперименты по оптической регистрации предпробойных процессов в гексане
4.6. Выводы по четвертому разделу
5. ВОПРОСЫ ПРИМЕНЕНИЯ РАЗРАБОТАННОЙ ТЕОРИИ
5.1. Анализ возможностей увеличения плотности запасаемой энергии
5.1.1. Увеличение электрической прочности за счет уменьшения поля у электродов
5.1.2. Поведение пузырьков в среде, обладающей проводимостью
5.1.3. Зажигание разряда в приэлектродном пузырьке
5.1.4. Анализ эффективности по давлению
5.2. Исследование диэлектрических сред с повышенной диэлектрической проницаемостью. Ошибка! Закладка не определена.
5.2.1. Диэлектрическая проницаемость
5.2.2. Удельное сопротивление композиций
5.2.3. Электрическая прочность композиций
5.2.4. Анализ результатов экспериментов
5.3. Пузырьковая модель при действии постоянного напряжение
5.3.1. Особенности модели пробоя при длительном воздействии напряжения
5.3.2. Исследования фторорганических жидкостей
5.3.3. Электропроводность перфтортриэтиламина
5.3.4. Электрическая прочность перфтортриэтиламина
5.3.5 Анализ полученных данных по электрической прочности

Модель содержит ряд неясных моментов. Во-первых, откуда берется пузырек (об этом более подробно в гл.З) и почему он имеет микронный размер, во-вторых, неясна динамика процесса зажигания, в силу чего нет возможности оценки вольт-секундной зависимости.
В настоящее время немногочисленны физические модели, рассматривающие образование пузырьков и инициирование электрического разряда в жидкости за счет процессов в пузырьках.
В работах I. Alexeff et al [ 54-56 ] по исследованию предпробивных процессов в гексане при использовании электродной системы «острие-плоскость» с временным разрешением 50 не и пространственным разрешением 2 мкм зарегистрированы предпробивные образования малой плотности, которые сопровождаются импульсами тока. Причем непрерывный рост области низкой плотности сопровождался периодическими импульсами с увеличением, в среднем, их амплитуды от импульса к импульсу. В предлагаемой в работе модели появления и разрушения этих образований важная роль отводится действию электростатических сил на поверхность раздела «электрод-жидкость» и нестабильности поверхности в процессе роста в электрическом поле. Однако, как более подробно будет рассмотрено ниже (гл.2) при анализе работ Красуцкого и Mirza et al само по себе действие электростатических сил не может привести к росту парогазовых образований, а появление зарядов в жидкости требует отдельного рассмотрения. В принципе, последняя часть работы [56], касающаяся неустойчивости поверхности пузырька после разряда в нем, несомненно' заслуживает внимания. Рассматривается развитие волн на плоской поверхности в условиях действия электрического поля. Показано, что существует наиболее активная мода с длиной волны, зависящей от поля
Ал-а
Х = -J (1.4)
£q£ Е
Оценки по выражению (1.4) для гексана в поле напряженностью 1 МВ/см дают длину волны примерно 1 мкм, а для воды при той же напряженности - 0.1 мкм. Это означает, что согласно рассматриваемой модели примерно такой