К. К. Хренов и д-р техн наук, проф


НазваниеК. К. Хренов и д-р техн наук, проф
страница3/12
Дата публикации26.03.2013
Размер2.13 Mb.
ТипКнига
userdocs.ru > Физика > Книга
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12

, Таблица!.1

^ Длительность протекания стадий разряда при различных режимах работы ГИТ

Стадия

Длительность на режимах, мкс

жестких

средних

мягких

Предразрядная (а)

0,00003—0,3

0,03—30,0

3,0—300,0

Переднего фронта (Ь)

0,000005—0,05

0,005—5,0

0,5—50,0

Заднего фронта (с)

0,000015—0,15

0,015—15,0

1,5—150,0

Последующих полуволн (с1)

0,00005—0,5

0,05—50,0

5,0—500,0

Затухания реакций (е)

От нескольких секунд до многих часов и дней

Примечание. Средняя длительность разряда составляет на жестких режимах 0,00001 — 1,0, на средних- 0,1 — 100,0 и на мягких— 10,0'— 1000,0 икс.

Давления в период предразрядной стадии невелики (вблизи канала стримера не превышают 50 МПа). Перемещения жидкости также невелики, практически их почти нет. Кавитирующего кольца нет. Звуковое и световое излучения выражены очень слабо. Действует быстро нарастающее мощное электрическое доле. Магнитное поле ничтожно мало. Как только один из стримеров дорастает до второго электрода, предразрядная стадия заканчивается.

На стадии переднего фронта в канал стримера устремляется вся накопленная в конденсаторе энергия, ток быстро растет, достигая максимальных значений, что приводит к увеличению диаметра канала. Давления в канале резко нарастают и также достигают максимальных значений. Температура канала повышается до 4-104°С и более. Одновременно наблюдается резкое падение напряжения. Перемещения жидкости только начинаются, но вблизи зоны разряда они максимальны по ускорениям. Кавитационные процессы практически отсутствуют. Звуковое излучение нарастает, достигая максимума, но кавитации от его действия еще не выражены. Действует очень мощное, быстро нарастающее магнитное поле. Световое излучение достигает максимума во всем диапазоне частот, свойственных данному режиму.

На стадии заднего фронта процесс становится колебательным, ток и напряжение, проходя через нуль и меняя знаки, быстро уменьшаются. Давления начинают резко падать. Перемещения жидкости достигают максимальной скорости, начинается образование кавитирующего кольца. Звуковое (и световое) излучение уменьшается, однако связанные с ним кавитационные процессы растут, нарастает также электрическое поле другого знака, стягивается и уменьшается магнитное поле.

22

На стадии последующих полуволн в колебательном контуре с большим затуханием, каким является настроенный на близкую к апериодической форме разряда контур нашей схемы, обычно возникает не более двух-трех полуволн быстро затухающих колебаний. Эти колебания и составляют стадию последующих полуволн. Давления продолжают падать, испытывая флуктуации, перемещения жидкости достигают максимума по расстояниям. Бурно развиваются, пройдя через максимум и постепенно убывая, процессы кавитации в кавитирующем кольце. Звуковое излучение, испытывая флуктуации, уменьшается, резко ослабевают и связанные с ним процессы кавитации. Электрические и магнитные поля то убывают, то возрастают (с изменением знаков). Световое излучение интенсивно затухает.

На стадии Затухания реакций давления, так же .как и перемещения жидкости, практически исчезают. Однако на поверхности жидкости (в зависимости от размера резервуара и толщины слоя жидкости над разрядом) наблюдается существующее в течение некоторого времени волнение жидкости. Кавитационные процессы затухают. Остаточные электрические и магнитные поля, существование которых в течение этой стадии было обусловлено остаточными объемными зарядами в жидкости, по мере их выравнивания, исчезают. Возможное послесвечение (если какие-либо элементы жидкости могли флюоресцировать) исчезает. Стадия характеризуется быстро протекающими рекомбинационными процессами.

Отметим, что в момент возникновения пробоя на рабочем искровом промежутке одновременно оказывается* замкнутым не только разрядный, но и зарядный контур схемы, следовательно, на рабочий искровой промежуток поступает не только ток разрядного контура, но через выпрямитель — и ток трансформатора, величина которого ничтожно мала по сравнению с 'основным током в разрядном контуре схемы, но он все же вносит свою долю искажений в осциллограммы тока и напряжения, снимаемые на рабочем искровом промежутке. Во всяком случае, при полном устранении этого тока, «прорывающегося» в разрядный контур, вид осциллограмм (особенно для малых мощностей импульсов) заметно изменяется.

Трансформация электрической энергии в работу совершается в основном в интервале стадий переднего и частично заднего фронтов, захватывая конец предразрядной стадии и начало стадии последующих полуволн.

^ 1.4. Особенности электрогидравлического эффекта. Магнитное поле разряда

Одним из существенных факторов, сопровождающих процесс трансформации энергии, является магнитное поле разряда. Очень слабое за время всей предразрядной стадии, в период стадии

23


Рис. 1.8. Схема развития во времени процесса нарастания магнитного поля внутри канала разряда — каноническое направление тока; В — фактическое направление движения электронов; Р\ и Рг — направление движения отрицательных и положительных зарядов под влиянием сил скин-эффекта): /—5 — этапы расширения одной и той же магнитной силовой линии (за время 1\ — <6); 6, 7 — 2-я, 3-я и последующие магнитные силовые линии, выходящие из канала; 8 — последовательное развитие процессов внутри одного и того же участка канала разряда

за время <,, 12, /3

переднего фронта оно достигает максимума, убывает до нуля в течение стадии заднего фронта и, проходя через нуль несколько раз и изменяя свое направление, исчезает за время стадии последующих полуволн. Определяющее влияние на разряд оно оказывает только на стадиях переднего и заднего фронтов.

На стадии переднего фронта напряженность магнитного поля нарастает, что характеризуется увеличением его плотности в центре канала и ослаблением плотности по мере удаления от него. Естественно, что магнитное поле должно влиять не только на процессы перемещения зарядов, совершающиеся внутри канала разряда, но и на процессы, происходящие в окружающей канал среде (парогазовой оболочке, жидкости или иной среде), в которой осуществляется электрогидравлический эффект.

На рис. 1.8 приведена схема развития во времени процесса нарастания магнитного поля внутри канала разряда, взятая для точки, находящейся в центре канала и расположенной на оси ординат. При этом принято, что электроны в канале движутся вдоль этой оси слева направо. Тогда направление силовых линий магнитного поля будет таким, какое указано стрелками. Нарастающее магнитное поле выталкивает отрицательные заряды, движущиеся по каналу вправо (от оси канала на периферию), а положительные, если они есть и движутся при этом влево, стягивает 24

внутрь, к его оси. Таким образом, нарастающее магнитное поле вызовет образование на поверхности разряда тонкой оболочки с высокой плотностью энергии в ней, прямо пропорциональной крутизне нарастания поля. Это явление, известное как скин-эффект, изучено для высокочастотных токов, где оно имеет большое практическое значение. Однако импульсы, обеспечивающие осуществление электрогидравлического эффекта, по сути дела представляют собой не что иное, как один полупериод какого-то условно высокочастотного тока с частотой несколько десятков килогерц. Другими словами, известные закономерности, характерные для высокочастотных токов, оказываются справедливыми и для данного случая. Отсюда становится очевидным определяющее влияние скин-эффекта на все процессы трансформации энергии.

Выталкивая заряды на периферию канала, скин-эффект создает скиновую оболочку канала, чем обеспечивает и облегчает идущую только' через поверхность канала отдачу энергии вовне, непрерывно удаляя ее из центральных областей канала.

Скиновая оболочка канала (с давлениями в ней до 2-104 МПа и выше) определяет за время расширения канала (10"~3—10"2с) передачу давлений окружающей канал жидкости. То, что может «раздвинуть» жидкость, преодолев существующие в ней внутренние давления (составляющие примерно 103 МПа), должно иметь собственные давления, большие существующих в жидкости, и ски-новая оболочка их имеет. Таким образом обеспечивается высокий механический коэффициент полезного действия трансформации энергии.

На рис. 1.9 приведена схема развития (во времени) процесса нарастания магнитного поля при воздействии его на заряды, движущиеся вне канала (А, В, Р\, Рч те же, что и на рис. 1.8). Подобное нарастание магнитного поля вызывает стягивание к каналу всех отрицательных зарядов и удаление в стороны от канала всех положительных ионов. Это имеет важное практическое значение—способствует процессу самоизоляции разряда и росту его энергии.

Совершенно другая картина будет в том случае, когда магнитное поле разряда станет спадать. На рис. 1.10 приведена схема развития (во времени) процесса убывания магнитного поля внутри канала разряда. Из схемы видно, что убывающее магнитное поле стягивает к центру канала все отрицательные и выталкивает на периферию канала все положительные заряды. Это явление, известное как пинч-эффект, будет разрушать скиновую оболочку канала, заменяя ее энергоемкой ионной рубашкой со значительно меньшими давлениями в ней. Таким образом, явление пин'ч-эф-фекта играет в процессе трансформации энергии и увеличении его КПД явно отрицательную роль, поэтому уменьшение. или устранение влияния пинч-эффекта имеет большое практическое значение.

25












26

Рис. 1.9. Схема развития процесса нарастания магнитного

поля вне канала разряда:







/ — 5 — этапы расширения одной и той же магнитной силовой линии за время /] — /5; 6 — последовательное развитие процессов вокруг одного и того же участка канала разряда (за время 1{ — 1$)

Рис. 1.10. Схема развития процесса убывания магнитного

поля внутри канала разряда:

/—5 — этапы сжатия одной и той же магнитной силовой линии

за время /| — /5; б — последовательное развитие процессов внутри

одного и того же участка канала разряда (за время /,—/3)

Рис. 1.11. Схема развития процесса убывания магнитного

поля вне канала разряда:

/—5 — этапы стягивания одной и той же магнитной силовой линии

за время ^^ /б); б — последовательное развитие процессов вокруг

одного и того же участк'а канала разряда за время 1\ — 1з

Однако, поскольку длительность стадии заднего фронта значительно больше длительности стадии переднего фронта, а следовательно, и крутизна спада поля значительно меньше крутизны его нарастания, то в процессе разряда скин-эффект и его влияние оказываются во много раз сильнее влияния пинч-эффекта, • поскольку значение каждого из них растет прямо пропорционально крутизне нарастания (скин-эффект) или спада (пинч-эффект) интенсивности магнитного поля.

Примером этого является поведение рабочего электрода электрогидравлических устройств в случае, когда он выполнен из тонкой и жесткой волоченой стальной проволоки с большими внутренними напряжениями в ней. Под влиянием скин-эффекта проволока электрода разрывается по длине на три-четыре части, а затем действием кавитационных ударов заворачивается назад. Силы пинч-эффекта оказываются не в состоянии сжать разорванные части и предотвратить этим их закручивание. Влияние скин-эффекта на разряд можно наблюдать и визуально (при длинной искре в закрытом объеме, из которого можно удалить воздух). Наблюдения при этом обязательно должны вестись только при небольшом вакууме.

На рис. 1.11 приведена схема развития процесса убывания (спада) магнитного поля вне канала разряда в окружающей канал жидкости. Убывающее магнитное поле вызывает вытеснение движущихся отрицательных зарядов во все стороны от канала разряда и стягивание положительных зарядов к поверхности канала.

27


Все это несколько улучшает электрическую изоляцию канала разряда, но на этой стадии (заднего фронта) существенного значения не имеет и на процесс трансформации энергии не влияет. На стадии последующих полуволн в случае, если форма импульса далека от апериодической и более похожа на колебательную, возможно повторное возникновение достаточно мощного скин-эффекта с сопутствующим ему процессом образования скино-вой оболочки и т. д. Поскольку каждая полуволна тока разряда может образовать одну «вспышку» появления такой высокоэнергетической оболочки, то практически с каждой полуволной в канале разряда может появляться, отрываться от его оси и уходить к его периферии (и даже в жидкость) ударная волна. Внешне это выглядит как некоторая периодическая «подпитка» энергии, выделяемой каналом, а следовательно, и «подпитка» ударной волны, образованной расширяющимся каналом в жидкости. Значительный интерес представляет исследование влияния нарастающего или спадающего магнитного поля на заряды различных знаков, двигающиеся в жидкости вдоль электрического поля. На рис. 1.12,а приведена схема такого процесса для нарастающего магнитного поля, когда направление вектора магнитного поля совпадает с направлением вектора электрического поля. Видны дополнительный «импульс» тока и ускорение движения заряда. Если же этот «импульс» не совпадает с направлением движения заряда, то оно тормозится. На рис. 1.12,6 приведена схема процесса для спадающего магнитного поля. В этом случае действие поля на движущиеся в жидкости заряды противоположно предыдущему случаю. Таким образом, в зависимости от того, под каким углом будут расположены векторы'магйитного и электрического полей, будет либо тормозиться, либо ускоряться движение заряженных частиц. Определившиеся здесь силы торможения или ускорения зарядов могут оказывать как положительное, так и отрицательное влияние на характер рассматриваемых процессов. Например, дополнительное ускорение, сообщенное электрону при сверхдлинном разряде, оказывает положительное влияние на прорастание стримера и осуществление разряда, но то же дополнительное ускорение, сообщенное электрону в импульсном конденсаторе, может вывести его из строя.

В импульсных электромагнитных полях можно наблюдать целый ряд явлений, когда различные частицы (коллоидные, органические клетки, бактерии, споры) под действием этих полей «выстраиваются» в длинные цепочки, располагающиеся вдоль силовых линий поля. В частности, именно это явление послужило основой разработанного еще в 1950 г. метода визуального наблюдения электромагнитных полей [7].

Сущность его сводится к тому, что нейтральные или ионизированные частицы, размещенные в жидкости определенным образом, позволяют визуально наблюдать свечение микроскопических разрядов, возникающих между ними, а также фиксировать для 28









а)





1'








3'











т'


5'



Рис. 1.12. Схема развития процесса расширяющихся (или стягивающихся) магнитных силовых линий и действия их на заряды различных знаков, двигающиеся в жидкости поперек магнитного поля вдоль силовых линий электрического подя, для нарастающего (а) и спадающего (б) магнитного поля (а, Ь, с

отдельные силовые линии; /'—10' — этапы развития процесса во времени): ' — магнитные силовые линии; 2,3 — стягивающаяся силовая линия а; 4 — стягивающаяся силовая линия Ь; 5 — движущийся заряд; 6 — направление силы действия магнитного поля на движущийся заряд; 7 — направление движения заряда; 8 — граница силового поля заряда

29
последующего изучения конфигурацию электрического поля. Достаточно яркое свечение этих разрядов позволяет не только визуально наблюдать их, но и фотографировать. Это достигается регистрацией разрядов на фотопластинке, помещенной в жидкость между электродами.
1   2   3   4   5   6   7   8   9   ...   12

Похожие:

К. К. Хренов и д-р техн наук, проф iconМагистральные трубопроводы
Южниигипрогаза (И. И. Панков и Н. Н. Желудков), Государственного газового надзора СССР р. Г. Торопова), вниигаза Мингазпрома (кандидаты...
К. К. Хренов и д-р техн наук, проф iconТиражування та розповсюдження без офіційного дозволу Держпожбезпеки заборонено
Укрндіпб) мвс україни (канд техн наук Откідач М. Я.,  Нехаєв В. В. – керівник розробки,        Сокол В. Г. – відповідальний виконавець...
К. К. Хренов и д-р техн наук, проф iconЕ. М. Перепонова ), ниипг гугк (канд техн наук
Работаны цнииомтп госстроя СССР (кандидаты техн наук В. С. Сытник, С. Е. Чакулаев) с участием нииосп им. Н. М. Герсеванова Госстроя...
К. К. Хренов и д-р техн наук, проф iconАвтомобильные дороги
Минавтодора рсфср (д-р техн наук А. П. Васильев; кандидаты техн наук В. Д. Белов, Е. М. Окороков), Гипроавтотранса Минавтотранса...
К. К. Хренов и д-р техн наук, проф iconАлюминиевые конструкции
Разработаны цнииск им. Кучеренко (д-р техн наук В. И. Трофимов, канд техн наук Б. Г. Бажанов) при участии цниипроектстальконструкции...
К. К. Хренов и д-р техн наук, проф iconУчебное пособие рекомендовано умо по образованию в области социальной...
Д-р соц наук, проф. А. В. Миронов; д-р полит, наук, проф. М. В. Савва; д-р полит, наук, проф. С. В. Передерий
К. К. Хренов и д-р техн наук, проф iconБезопасность технологических процессов и производств
«Промышленная безопасность и охрана окружающей среды» Российского государственного университета нефти и газа им. И. М. Губкина (зав...
К. К. Хренов и д-р техн наук, проф iconД. А. Леонтьев психология смысла
Рао б. С. Братусь д-р психол наук, проф., чл кор. Рао в. А. Иванников д-р психол наук, проф., чл кор. Ран в. Ф. Петренко д-р психол...
К. К. Хренов и д-р техн наук, проф iconИстория экономики учебник
О. Д. Кузнецова; канд экон наук, доц. Л. И. Пермякова; канд экон наук, доц. Е. Г. Лисовская; д-р экон наук, проф. И. Н. Шапкин; канд...
К. К. Хренов и д-р техн наук, проф iconПод общей редакцией
Кононов К. А., канд юрид наук — гл. 7 (в со­авт.); Кряжкова О. Н., канд юрид наук, доцент — гл. 7 (в со­авт.), 18, 27; Марокко II....
Вы можете разместить ссылку на наш сайт:
Школьные материалы


При копировании материала укажите ссылку © 2020
контакты
userdocs.ru
Главная страница