THE EVALUATION OF A CONNECTION BETWEEN AN AVALANCHE-TO-STREAMER TRANSITION FORM AND A CATHODE-DIRECTED STREAMER PROPAGATION IN AIR
Abstract
An electron avalanche is a compact group of free electrons, these particles drift in a strong electric field in a gas and ionize its molecules and atoms. The avalanches initiate streamer electric gas discharge. Streamer is a quasineutral non-thermal-ionized plasma channel with charged tip (tips). An avalanche transformation to a streamer is named as «avalanche-to-streamer transition». Avalanche parameters at the transition moment are named as «critical parameters». The avalanche way passed before the transition moment is named as «critical way» xcrit. Singleavalanche-to-streamer transition form is realized when the transition take place at discharge gap middle (on a distance z > xcrit under anode surface). Multi-avalanche-to-streamer transition form is realized when it take place near of anode surface (on a small distance z < xcrit). The distance z value influence on cathode-directed streamer parameters such as its speed, electric field strength in its head and channel, electron and space charge concentration in the channel. The author carried out some numerical experiments to evaluate a transition form influence on cathode-directed streamer parameters. He used the three-dimensional numerical streamer model which was created in High Voltage Technique and Electrophysics Department of National Research University «MPEI». Obtained results allowed to get three conclusions. At first, cathode-directed streamer parameters have a weak connection with z value if z > xcrit (that is after singleavalanche-to-streamer transition). At second, cathodedirected streamer parameter values are decreased when z value is decreased if z < xcrit (that is after multi-avalancheto-streamer transition). At third, a critical z value zcrit exists (zcrit ≈ 0,6xcrit). The cathode-directed streamer discharge is not able to develop stably if z < zcrit: streamer space charge dissipation take place in the case.
References
2. Белогловский А.А. Верещагин И.П. Трехмерное математическое моделирование стримерного разряда в воздухе с учетом ветвления: экономичный расчет электрического поля // Электричество. 2011. № 11.С. 17 — 24.
3. Papageorgiou L., Metaxas A.C., Georghiou G.E.Three-dimensional numerical modeling of gas discharges
at atmospheric pressure incorporating photoionization phenomena // J. Phys. D: Appl. Phys. 2011. V. 44.Р. 045203.
4. Соколова М.В., Сергеев Ю.Г. Обобщенные данные по коэффициентам элементарных процессов разрядов в газе // Теория и практика электрических разрядов в энергетике: Сб. статей / под ред. А.Ф. Дьякова.Пятигорск: Изд-во ЮЦПК РП «Южэнерготехнадзор»,1997. С. 26 — 56.
5. Железняк М.Б., Мнацаканян А.Х., Сизых С.В. Фотоионизация смесей азота и кислорода излучением газового разряда // ТВТ. 1982. № 3. Т. 20. С. 423 — 428.
6. Сергеев Ю.Г. Учет фотоионизации при математическом моделировании газового разряда. М.: Изд-во МЭИ, 1996.
7. Самарский А.А., Гулин А.В. Численные методы: учебное пособие для вузов. М.: Наука, 1989.
8. Юргеленас Ю.В. Алгоритм расчета динамики заряженных частиц в диффузионно-дрейфовой модели
стримера // Физико-технические проблемы передачи электрической энергии: Сб. научн. ст. Вып. 1 / под ред.
А.Ф. Дьякова. М.: Изд-во МЭИ, 1998. С. 121 — 160.
9. Белогловский А.А. Сопоставление критериев лавинно-стримерного перехода при численном моделировании электронной лавины в воздушном промежутке с сильным электрическим полем // Электромагнитное поле и материалы (фундаментальные физические исследования): Материалы XXIII Всерос.конф. с междунар. участием. М.: ИНФРА-М, 2015. С. 54 — 61.
