Будагова Н.В.
АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РАЗРЯДОВ В ВОДНО-ВОЗДУШНОЙ СРЕДЕ *
Аннотация:
в данной статье рассматривается актуальная проблема, связанная с электрическими разрядами в водно-воздушной среде. Этот феномен оказывает значительное воздействие на различные аспекты человеческой деятельности, начиная от электротехнических систем и заканчивая безопасностью во время грозовых условий. Целью данного исследования является проведение анализа характеристик электрических разрядов в водно-воздушной среде с целью более глубокого понимания этого явления.
Ключевые слова:
водно-воздушная среда, электрический разряд, фотоэлектронные умножители, спектральные характеристики
Разряды в водно-воздушной среде – это сложные электрические явления, которые могут возникать при взаимодействии воды и воздуха под действием электрического поля. Эти разряды могут возникать при различных условиях, например, при грозе, облаках или при работе электрооборудования во влажной атмосфере.К характеристикам водно-воздушных разрядов относятся такие параметры, как напряжение разряда, интенсивность, скорость распространения, температура и энергия, выделяющаяся в процессе разряда. Эти параметры могут изменяться в зависимости от условий окружающей среды, характеристик электрического поля, размеров разрядной системы и других факторов.Изучение особенностей разрядов в водно-воздушной среде имеет большое практическое значение, поскольку эти явления могут вызывать различные последствия, в том числе травмы людей и животных, повреждения электросистем, пожары и другие негативные последствия. Понимание процессов, лежащих в основе выбросов в таких условиях, позволяет разработать эффективные методы защиты от них и повысить безопасность соответствующих применений.Характеристики электрических разрядов в водно-воздушной среде существенно влияют на их поведение и результаты. Одним из основных параметров является напряжение разряда. Это определяет напряженность электрического поля, влияющую на возникновение и поддержание разряда. Интенсивность разряда отражает мощность и энергию, выделяющуюся в процессе разряда, и может быть важным фактором при оценке его воздействия на окружающую среду и технические системы.Важную роль также играют температура и энергия разряда. Высокие температуры нагнетания могут воспламенить окружающие материалы и создать опасные условия для людей и оборудования. Энергия разряда определяет его способность преодолевать сопротивление окружающей среды и проникать в материалы, что может привести к их повреждению и разрушению.Различные формы и виды сбросов в водно-воздушную среду могут иметь разные характеристики и последствия. Это могут быть молнии, электрические дуги, коронные разряды и другие. Каждый из них имеет свои особенности и требует особого подхода к анализу и прогнозированию.Озонирование широко используется среди экологически чистых технологий очистки воды. Озон — мощный окислитель, получаемый в промышленных масштабах из воздуха или кислорода методом электрического разряда. По сравнению с традиционным озонированием повышение эффективности очистки воды возможно при совместном использовании озона и других активных частиц, а также выделяющихся ультрафиолетовых лучей. С этой точки зрения интерес представляют разряды во влажном воздухе и водно-воздушной среде.Одним из наиболее перспективных и практически простых методов электроразрядной очистки воды является использование импульсного барьерного разряда в водно-воздушном потоке [4].Известно, что если хотя бы один из электродов покрыт диэлектриком, то возникает газобарьерный разряд, возникающий под действием приложенного к электродам напряжения [5]. Перенос заряда в таком разряде происходит в отдельных каналах, называемых микроразрядами, распределенных по всему объему межэлектродного пространства.Метод эмиссионной спектроскопии дает достоверную информацию не только о наличии частиц, для которых достаточна энергия разряда, но и о средней энергии электронов, температуре плазмы и напряженности электрического поля.Спектры излучения записывались с помощью монохроматора МДР-2 (рис. 1а). Для регистрации спектров использовались фотоэлектронные умножители (ФЭУ) с диапазонами чувствительности от 200 до 650 нм и от 400 до 800 нм. Перед экспериментами ФЭУ калибровался с использованием эталонных источников излучения. Сигнал ФЭУ усиливался селективным усилителем В6-9 и подавался на вход запоминающего осциллографа (С9-8, Tektronix TDS-220). Таким образом, установка позволила исследовать спектр излучения барьерного разряда в диапазоне длин волн (200-800 нм) [1, 2].Для питания электродной системы использовался генератор наносекундных импульсов, состоящий из низковольтного тиристорного блока и высоковольтных магнитных компрессионных связей, формирующих выходной импульс [6]. Выходная емкость генератора составляла 150 пФ. На электроды подавалось импульсное напряжение амплитудой 15...30 кВ, длительностью импульса 500...600 нс и частотой повторения 1 кГц.В ходе экспериментов контролировались электрические параметры установки – ток, напряжение и выходная мощность. Измерения проводились с использованием резистивного делителя, токового шунта малой индуктивности и осциллографа Tektronix TDS220 с полосой пропускания до 100 МГц. На рисунке 1(б) показаны формы сигналов I и U в электродной системе.Рис. 1. Схема установки для наблюдения спектральных характеристик разряда (а) и осциллограмм тока и напряжения в разряде (б).По осциллограммам определялось напряжение барьерного разряда около 16,5 кВ для использованной в экспериментах электродной системы. При этом напряжении было зафиксировано появление заметных концентраций озона на выходе прибора, а также появилось свечение разрядной полости. При достижении напряжения разряда ток в цепи резко возрастал. Энергия, поступающая в разрядную полость, составила 45 мДж/импульс при напряжении U=25 кВ, рассчитанная путем интегрирования осциллограмм тока и напряжения.Барьерный разряд в сухом воздухе и воздухе, насыщенном водяными парами, состоял из множества микроразрядов. Введение капель воды привело к заметному изменению электрических свойств системы: уменьшению разрядного напряжения, а также увеличению разрядного тока на 20%.Спектр излучения плазмы барьерного разряда исследовался в диапазоне длин волн (200...800 нм). На рис. 2 показан спектр разряда в водно-воздушной среде при атмосферном давлении.Рис. 2. Спектр излучения системы воздух-вода при барьерном разряде.На рисунке видно, что большинство полос излучения различной интенсивности расположены в диапазоне длин волн от 290 до 460 нм. В спектральном поле регистрируются широкие полосы излучения малой интенсивности с длиной волны 500...800 нм.По итогам нашего исследования мы сделали ряд важных выводов, которые помогают лучше понять особенности электрических разрядов в водно-воздушной среде. Во-первых, мы обнаружили, что эти разряды имеют сложную динамику и зависят от многих факторов, включая параметры окружающей среды и электрическое поле. Понимание особенностей сбросов позволяет разработать эффективные методы предотвращения и защиты их негативных последствий.
Номер журнала Вестник науки №5 (74) том 2
Ссылка для цитирования:
Будагова Н.В. АНАЛИЗ ХАРАКТЕРИСТИК ЭЛЕКТРИЧЕСКИХ РАЗРЯДОВ В ВОДНО-ВОЗДУШНОЙ СРЕДЕ // Вестник науки №5 (74) том 2. С. 757 - 762. 2024 г. ISSN 2712-8849 // Электронный ресурс: https://www.вестник-науки.рф/article/14442 (дата обращения: 09.12.2024 г.)
Вестник науки СМИ ЭЛ № ФС 77 - 84401 © 2024. 16+