Рисунок 20. Ток через цилиндрическую поверхность переменного радиуса. В стационарном режиме ток через любую такую поверхность должен быть одинаковым. Напряжение 5,5 кВ.
Почти вся область заряжена отрицательно (рисунок 22), смена знака плотности происходит на расстоянии 200 мкм от катода. У катода сосредоточен мощный положительный ионный заряд, его плотность достигает 0.03 Кл/м3.
Рисунок 22. Плотность электрического заряда во внешней зоне. Напряжение 5,5 кВ.
Концентрация ионов в пределах 100 мкм от катода на два порядка выше концентрации электронов, а после 200 мкм ничтожно мала. Система находятся в состоянии, которое называется «слабоионизованный газ». Это состояние, при котором квазинейтральность не устанавливается благодаря высокому внешнему полю. Интересно, что это не означает, что собственное поле объемного заряда мало по сравнению с внешним. Видно, что объемный заряд существенно искажает поле, именно благодаря ему блокируется рост поля в чехле разряда.
Рисунок 23. Плотность объемного заряда при разных напряжениях.
Напряженность поля значительно искажена. Во внешней зоне она в несколько раз меньше невозмущенных значений, за счет этого происходит снижение напряженности у катода (рисунок 21).
Рисунок 21. Напряженность поля и невозмущенное распределение напряженности. Отдельные графики для внешней зоны и прикатодной области. Напряжение 5,5 кВ.
Именно изменение распределения напряженности из-за объемного заряда является механизмом ограничения тока разряда. При усилении тока увеличивается отрицательный объемный заряд и падает напряженность поля. Именно этот процесс является причиной импульсов тока на начальной стадии разряда, описанной в начале документа. В стационарном режиме достигается баланс.
Действие механизма ярко демонстрирует рисунок 24. Рост напряжения достигается за счет роста напряженности во внешней зоне. Так изменение напряжения с 5,2 кВ до 6,1 кВ – это рост на 17%. При этом в области 20-33 мм от катода рост напряженности составляет не менее 40%. В то же время в области до 1,8 мм рост составляет не более 1,8%. Именно здесь происходит ионизация, причем сравнивая ту же пару напряжений, мы видим, что ток возрастает в 2,7 раза – с 0,22 А/см до 0,59 А/см. Такая чувствительность тока возможна благодаря резкой зависимости скорости ионизации от температуры электронов, а значит, и от напряженности поля.
Рисунок 24. Напряженность поля при разных напряжениях, взятая по отношению к напряженности при 5,2 кВ. Рост напряженности происходит в дальней области, у катода поле практически не растет.(граничное условие Дейча-Попкова)
Таким образом основные отличия от короны в аргоне таковы:
∙ Рекомбинационная гибель мала, электрон, появившийся в чехле разряда, с высокой вероятностью пересечет межэлектродный промежуток.
∙ Весьма высока роль объемного заряда, существенно влияющего на поле, как в чехле, так и во внешней зоне. Именно объемный заряд обеспечивает возникновение импульсов тока (импульсов Тритчеля), которых не было в решении для аргона.
∙ У аргона каналы потери энергии электронами – ионизация и возбуждение «высоких» уровней (с энергией перехода 10 эВ и выше, это глубокий ультрафиолет). Азот – молекулярный газ, поэтому у азота имеются другие каналы, которые забирают больше энергии, чем «верхние уровни» - это низкие, «колебательные» уровни возбуждения.
Границы чехла короны определяются не балансом между ионизацией и рекомбинацией, а размером области, где происходит ионизация.
В модели учитываются частицы следующих типов:
1. Электроны (обозначение в CFD-ACE - E). Задан заряд и масса. Такие свойства, как подвижность и диффузия не задаются – движение электронов рассчитывается через уравнение Фоккера-Планка.
2. O2 (O2). Молекула кислорода. Задана подвижность.
3. O (O). Атомарный кислород. Задана подвижность.
Уважаемый посетитель!
Чтобы распечатать файл, скачайте его (в формате Word).
Ссылка на скачивание - внизу страницы.