Исследование электрических характеристик высоковольтного разряда в жидкометаллических средах
Курсовой проект - Физика
Другие курсовые по предмету Физика
?ерименте Eпр может изменяться в несколько раз при изменении температуры и давления. Столь явное расхождение требует учета других процессов, зависящих от внешних условий.
Появление моделей, связанных с зарождением в жидкости парогазовой фазы, позволило объяснить на качественном уровне ряд зависимостей. Критерии пробоя основаны на создании условий для появления пузырьков за счет кипения жидкости при протекании тока, либо за счет кавитации под действием электростатических или кулоновских сил. Принципиальными недостатками моделей являются несоответствие эксперименту расчетных зависимостей Eпр(t,P). Расчетная электрическая прочность оказывается одинаковой для импульсов любой длительности, что противоречит практике. Согласно экспериментальным данным Eпр(t) в микро- и субмикро-секундном диапазоне меняется как t -(1/3-1/5). Что касается давления, то в моделях зависимость Е(P)~P1/2, что значительно расходится с экспериментом [11].
Е(P) ~ P (1/6-1/8) 1.3.3
Модель развития предпробивных процессов можно представить следующим образом. Под действием электрического поля на пузырьки, заранее существующие в жидкости, в них возникают ионизационные процессы (частичные разряды) после достижении на их размере падения напряжения Up. После разряда поле в пузырьке уменьшается вследствие экранирования осевшими зарядами внешнего поля, что вызывает ослабление, либо прекращение ионизационных процессов. Действие электрического поля на осевший заряд приводит к движению стенки пузырька и его вытягиванию вдоль поля, а также к продвижению заряда вглубь жидкости со скоростью, определяемой подвижностью носителей заряда. При этом возможны две ситуации: поддержание разряда в виде тлеющего разряда, либо прекращение разряда. В первом случае на пузырьке поддерживается некоторое напряжение, по-видимому, соответствующее закону Пашена.
Поскольку коэффициент ударной ионизации зависит от напряженности поля, длины свободного пробега, а следовательно и давления из условия самостоятельности можно получить зависимость разрядного напряжения от внешних факторов - закон (кривую) Пашена. В виде U = f(pd) или E/p = F(pd)
Здесь р - давление в газе, d - межэлектродный промежуток. Характерная кривая для пробоя приведена на рис.9.2. Она имеет минимум, значение которого и положение зависят от типа газа или жидкости. Например для воздуха минимум пробивного напряжения составляет 300 В и он достигается вблизи pd~1 Пам.
Рис.3.1. Кривая Пашена для лавинного пробоя воздушного промежутка.
В последнем случае напряжение на пузырьке растет, что ведет к повторному частичному разряду и движению в жидкости новой волны зарядов. Определяющий параметр - давление на стенку пузырька, обусловлен действием кулоновских сил на инжектированный заряд и ростом давления в пузырьке за счет нагрева газа в нем. Зажигание разряда в жидкости произойдет тогда, когда напряженность поля в жидкости, вблизи полюса пузырька, достигнет критического значения. Пробой произойдет после пересечения промежутка каналом разряда. Эта модель позволяет, полуколичественно, объяснить практически все экспериментальные зависимости: от давления, от температуры, от вязкости, от длительности воздействующего импульса (рис.1.3.1) и т.д [11].
Рис.3.2 Расчетная (пузырьковая модель) и эмпирическая зависимости предпробивного времени от напряженности поля.
.4 Расплавы
Расплавы являются металлическими жидкостями с электронной проводимостью. Доля электрического тока, переносимого ионами в жидких металлах не значительна, не превышает 10-4. Для металлов, применяемых в литейном производстве (Al, Cu, Fe и др.) удельная проводимость при комнатной температуре составляет от 10 до 60 МСм/м. Переход металла из твердого состояния в жидкое сопровождается некоторым изменением электрических свойств, а именно, при плавлении удельное электросопротивление большинства металлов скачкообразно увеличивается от 1,5 до 2 раз в связи с нарушением дальнего упорядочения структуры, что было учтено в дальнейших расчетах.
При приложении импульсного электрического тока к электродам, опущенным в расплав на некотором расстоянии друг от друга, происходит резкое увеличение разности потенциалов между ними, что ведет за собой образование электронной лавины, подобной электронной лавине в газе. Линии тока при прохождении импульсного электрического тока имеют такое же направление, как и при прохождении через расплав постоянного электрического тока. Однако при прохождении импульса тока в колебательном режиме вектор плотности тока каждую четверть периода меняет свой знак на противоположный. Также при прохождении импульса тока в расплаве существенное влияние на распределение плотности тока, магнитного поля, поля электро- и гидродинамических сил будет иметь скин-эффект. В течение начального отрезка времени, которое не превышает 1/3 полупериода разрядного тока, действию тока подвергается весь обьем расплава. Далее под воздействием скин-эффекта ток и индуцированное магнитное поле будут вытесняться на поверхность зеркала расплава и к стенкам ковша, концентрируясь в слое, толщину которого можно рассчитать по формуле:
,
где - магнитная постоянная;
? - проводимость среды, См/м;
f0 - частота разрядного тока, Гц.
1.5 Выводы и постановка задач исследований
Развитие методов обработки расплава путем наложения внешних физических