Частотная зависимость формы завершенного скользящего разряда Текст научной статьи по специальности «Электротехника, электронная техника, информационные технологии»

ФИЗИКА ПЛАЗМЫ И ПЛАЗМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Частотная зависимость формы завершенного скользящего разряда

Грудиев Е.И.

Институт общей физики им. А.М. Прохорова Российской академии наук, Москва

Е-mail: gnarus08@yandex. т

В настоящее время ведутся работы по использованию электрических разрядов для инициации и стабилизации горения в высокоскоростных потоках топливных смесей [1, 2]. По сравнению с другими типами разрядов скользящий по поверхности твёрдого диэлектрика разряд обеспечивает однородное засвечивание при относительно низких напряжениях, а также удобное расположение электродной системы в потоке газа.

В зависимости от амплитуды питающего напряжения U, крутизны фронта напряжения, давления рабочего газа p и межэлектродного расстояния L можно выделить две стадии разряда: 1) незавершённую — слаботочный разряд, не замыкающий разрядный промежуток, поддерживаемый токами смещения заряда конденсатора, образованного металлической подложкой и слоем образующейся плазмы; 2) завершённую — разряд, замыкающий межэлектродный промежуток.

I

3

Рис. 1. Схема расположения электродов: 1 — инициирующий электрод, 2 — диэлектрический слой, 3 — заземлённый электрод.

Скорость распространения незавершённого скользящего разряда зависит от отношения U/p и по порядку величины сопоставима со скоростью высокоскоростного потока газовой смеси [3] - это даёт возможности для управления физико-химическими параметрами потока.

В этой работе экспериментально исследован завершённый скользящий разряд в частотном режиме.

19-21 октября 2021 г.

Эксперименты проводились в вакуумной камере при давлениях от 10 до 60 торр. В качестве рабочего газа использовался воздух. Скользящий разряд распространялся по поверхности стеклотекстолита толщиной 1 мм (длина разрядного промежутка — 9 см). На инициирующий электрод подавались импульсы отрицательной полярности. Подаваемое напряжение изменялось в пределах от 3 до 5 кВ. Частота повторения импульсов — от 50 Гц до 1 кГц. Крутизна фронта напряжения ~1010 В/с. Для измерения электрических параметров разряда использовался цифровой осциллограф Tektronix TDS220. Напряжение измерялось с помощью резистивного делителя 1:1100, ток регистрировался с помощью пояса Роговского. Фотосъёмка разряда производилась цифровой фотокамерой Canon EOS 500D.

При увеличении частоты следования импульсов обнаружен переход завершённой стадии скользящего разряда в дугу в центральной области поверхности диэлектрика. Дуга поднимается циклически: с поверхности диэлектрика до некоторой высоты, а затем срывается. При дальнейшем увеличении частоты в дугу переходит весь поверхностный разряд, претерпевая аналогичный циклический подъём. В итоге, на некоторой частоте дуга прекращает циклический подъём и находится в состоянии равновесия (Рис. 2).

в)

Рис. 2. Эволюция формы скользящего разряда при изменении частоты следования импульсов питания: а) — 250 Гц, б) — 300 Гц, в) — 350 Гц. Давление 25 торр. Экспозиция 1/400 с.

ФИЗИКА ПЛАЗМЫ И ПЛАЗМЕННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

а) б) в)

Рис. 3. Осциллограммы напряжения (верхняя, 5 В/дел) и тока

в зависимости от частоты следования импульсов питания при давлении 25 Торр. а) — 250 Гц, б) — 300 Гц, в) — 500 Гц.

Кроме изменения формы разряда претерпевает изменение и время закорачивания разрядного промежутка (Рис. 3). Это происходит за счёт сокращения промежутка скользящей фазы разряда, скорость распространения которой зависит от электротехнических параметров разрядного промежутка и отношения и/р [3, 4, 5].

Таким образом, показано, что при фиксированных параметрах электродной системы с увеличением частоты следования импульсов питания выше 300 Гц завершённый скользящий разряд переходит в дуговой. Данный режим разряда может применяться в области горения воздушно-топливных смесей аналогично тому, как это рассматривалось в работе [1].

Автор выражает благодарность научному руководителю, д.ф.-м.н. Кузьмину Г.П., д.т.н. Минаеву И.М. и н.с. Тихоневичу О.В. за постановку научной задачи, помощь в измерениях и обсуждение результатов.

1. Еге^у А.Р., Катеш^Ыкоу S.A., Logunov А.А. et а1. High Тетр. 2009, 47, 613-619.

2. Вагк^агоу Е.М., Berezhetskaya КК., Кор'еу У.А. е; а1. J. Phys. D: Арр1. Phys. 2010, 43, 365203 (9рр).

3. Gгudiev Е.1., Kuzmin G.P., Minaev 1.М. е; а1. Ви11. Lebedev Phys. Inst. 2021, 48, 165-169.

4. Bashkin У.К., Kuzmin G.P., Minaev 1.М е; а1. Pгik1. Fiz. 2005, 6, 5459.

5. К^тт G.P., Minaev 1.М., Rukhadze А.А. е; а1. Ви11. Lebedev Phys. Inst. 2010, 37, 216.