介质击穿模型参数对雷电先导放电数值模拟的影响

为研究介质击穿模型参数的选取对雷电先导放电数值模拟结果的影响,以雷云荷电模型和WZ模型为基础,模拟计算了三维先导放电通道在50 m空间分辨率下的分形维数和先导临近对地面电场峰值的增强程度.统计分析结果表明:分形维数随着概率指数和电场击穿阈值的增大而减小,但随着通道内电场的增大先减小而后基本趋于稳定,且概率指数对分形维数的影响程度最为剧烈,电场击穿阈值次之,通道内电场的影响相对最弱;地面电场峰值的增强程度随着通道内电场和电场击穿阈值的增大而减小,但随着概率指数的增大先减小而后基本趋于稳定,且通道内电场对地面电场峰值增强程度的影响最为剧烈,概率指数次之,电场击穿阈值的影响相对最弱.     

建筑物尺度对避雷针防雷性能影响的数值评估

为研究闪电先导与地面建筑物的相互作用,根据长间隙放电的物理过程建立了包含上行迎面正先导的三维负极性先导发展模型。利用模拟电荷法计算了电晕区的电位分布及电晕电荷量,作为上行正先导是否满足激发起始的判断条件,建立了上行正先导的起始传播模型,利用该模型评估了建筑物形状特征对于闪击距离的影响。研究表明:随着回击电流峰值、建筑物垂直高度或避雷针高度的增大,闪击距离也逐步增大;在建筑物垂直高度不变的条件下,随着避雷针高度的增加,闪击距离逐步增大,当避雷针高度大于30m后,闪击距离的变化不再明显。     

接闪杆宽度对触发上行先导影响分析

基于随机介质击穿模式和尖端电场畸变理论,在同一气象环境、模拟域的分辨率以及相同的高度条件下,模拟了不同宽度的接闪杆对闪电的接闪概率以及接闪时间的影响,结果表明:1)接闪杆的宽度分别为1 m、10 m、100 m时相对应接闪的概率分别为84.7％、61.3％以及14.7％,接闪杆宽度越小,接闪次数越多,概率也越大,当接闪杆宽度达到一定宽度300 m左右时候,已无法触发上行先导;2)接闪杆宽度越小,响应时间也会越短,而且接闪杆宽度越宽,响应时间越长,长短差异会越明显.     

平面P波在饱和半空间中凹陷地形周围的散射规律

对平面P波在饱和半空间中凹陷地形周围的散射规律进行了研究,分析了入射波频率、边界渗透条件、孔隙率、泊松比等对散射的影响.研究表明,饱和情况(透水或不透水)与干土情况凹陷地形附近地表位移的差别很大,饱和情况与干土情况的地表位移出现相位漂移,饱和情况地表位移波长相对较大.当孔隙率较低时,边界渗透条件对地表位移幅值的影响很小,而当孔隙率较大时,边界渗透条件的影响则不可忽视:在不透水情况下,水平和竖向地表位移幅值的峰值均相对较大.随着入射频率的升高,孔隙率的影响逐渐增大,而且不透水情况下孔隙率的影响相对较大.随着泊松比的增大,水平位移幅值逐渐减小,竖向位移幅值则逐渐增大.泊松比较小时,边界渗透条件对位移幅值的影响较大;泊松比较大时,边界渗透条件对位移幅值的影响则较小.随着入射频率的升高,泊松比的影响逐渐增大.当孔隙率较小时,孔隙水压幅值较小但空间变化比较剧烈;随着孔隙率的增大,孔隙水压逐渐增大但空间变化逐渐平缓.当孔隙率达到临界状态时,孔隙水压显著增大;这与SV波入射情况完全不同.当入射频率较高时,孔隙水压幅值较大,且孔隙水压的空间变化比较复杂.     

中低纬电离层F2区峰值参量周年和半年变化及电场影响模拟研究

利用二维电离层理论模式,在地磁平静和太阳活动低年的情况下,模拟中低纬电离层峰值电子浓度NmF2和峰值高度hmF2的周年和半年变化规律.在考虑与不考虑理论模式输入电场的周年和半年变化两种情况下,对比分析研究了电场对电离层NmF2和hmF2周年和半年变化的影响.结果表明,当输入电场没有周年和半年变化分量时,模拟NmF2表现出一定的半年变化特征,而hmF2周年变化分量较强;当输入电场包含了周年和半年变化特征时,模拟NmF2和hmF2周年和半年变化特征明显改变,且这种改变随地方时和地磁纬度不同有较大的差别;电场对NmF2半年变化的影响无论是在强度还是范围上都明显大干对hmF2的影响,电场对NmF2的影响在赤道和驼峰区都比较明显,但对hmF2的影响主要集中在地磁赤道区.通过对比模拟NmF2和hmF2发现,中低纬电离层hmF2与NmF2半年变化具有一定的相关性,初步分析认为电离层电场及其关的"赤道喷泉"效应可能是这种相关性的重要纽带;电离层电场对hmF2半年变化的影响仅局限在地磁赤道地区,而对NmF2影响可达驼峰地区,因此hmF2与NmF2半年变化的相关性也仅在地磁赤道较为明显.     

环境因素对正极性流光-先导转化过程的影响研究

在地闪连接过程中,正极性连接先导的始发和传播是决定建筑物是否遭受雷击的关键因素之一。但已有的正先导始发模型都是基于垂直于地面且形状规则的孤立接闪杆(避雷针),并不适用于形状各异的高大建筑物。因此,基于Gallimberti提出的流光-先导转化的热动力学模型,对已有的正先导始发模型进行了改进,并推广到任意形状的高大建筑物,分析了周围的环境因素(如温度、压强和湿度)对建筑物拐角位置处的正先导始发(或称为流光-正先导转化)过程的影响。结果表明:1)标准大气条件下,建筑物(长50 m、宽50 m、高100 m)拐角处流光-正先导转化所需要的最小电晕电荷量为0.522μC,转化时间为4.26μs,电晕电荷量越小,相应的流光-正先导转化的时间越长;2)当环境温度越低、湿度越大、压强越高时,流注茎-先导转化所需要的最小电晕电荷量越大,流注茎-先导的转化时间越短,其中,湿度的影响最大。     

表面粗糙度对双曲冷却塔风压分布的影响

对不同粗糙条参数组合下冷却塔风压分布进行测试,分析粗糙度对平均风压和脉动风压的影响.研究结果表明:粗糙条宽度b对风压分布影响较小,而粗糙条高度k和数量n影响较大;粗糙度系数k/s能较准确描述粗糙度大小,当k/s一致时,不同粗糙条数量n与高度k组合下的平均风压基本一致,但高度大的脉动风压小;粗糙度对正压分布和背压大小影响较小,而最小负压系数幅值、脉动风压系数峰值随粗糙度的增大而减小,背压稳定区宽度则略有扩大;尽管通过增大模型表面粗糙度能有效地在较低雷诺数条件下实现高雷诺数下的平均风压分布,但脉动风压模拟的准确性需要通过大型冷却塔风压实测进行验证.     

边界应力对石墨烯翘曲的影响

对于边界应力引起的石墨烯薄膜边界翘曲问题,分别建立了理想边界模型和真实边界模型来分析边界尺寸对翘曲形貌的影响。通过建立弹性薄壳模型,将边界处理成只具有面积而没有几何尺寸的理想梁模型以及具有真实尺寸的真实边界壳模型,然后进行理论分析来确定石墨烯薄膜边界翘曲时的尺度关系(即翘曲波形的波长、腹向衰减表征尺度以及面外翘曲幅值)。理论分析发现,边界宽度的变化对石墨烯薄膜的能量、翘曲幅值及腹向衰减尺度的影响显著,且当边界宽度为0.1 nm时,总应变能有最小极值点出现在波长为7 nm左右,该发现与原子模拟研究所得结果基本一致;同时发现,石墨烯翘曲幅值在边界宽度为0.1 nm时幅值达到最大,腹向衰减尺度随边界宽度在边界宽度为0.1 nm时衰减得最快。     

空间分辨率对上行先导起始过程数值模拟的影响

建筑物上能否触发上行先导是判断其能否被闪电击中的一个重要标准.利用三维变网格有限差分法,建立了三维电场计算模型和上行先导始发模型,讨论了网格大小(即空间分辨率粗细)对电场计算的影响.进而研究了在上行先导始发过程数值模拟中,常用的4种先导始发判据在不同空间分辨率下的适用性.结果表明:使用介质击穿模型和临界半径准则判定先导...     

十字出口宽度与人员阻塞的依赖关系及其模拟和分析

在开放边界条件下,采用无后退有偏随机走动者格子气模型对十字路口的人员疏散动力学进行了计算和模拟,结果表明,当经向和纬向边界人员密度同步增大时,纬向和经向通道上的人员疏散流将有阻塞相变产生. 对不同的经向和纬向通道宽度进行人员疏散模拟,可得到一系列反映阻塞相变的纬向和经向临界阻塞密度值. 尽管体现经向和纬向临界阻塞相变的曲线具有相近的特性,但通道宽度对两个方向堵塞相变的影响程度并不相同. 通过相应的变量代换,可以得到不同通道宽度情况下临界边界密度与比通道宽度之间的归一特性. 模拟结果对于疏散通道的设计具有指导意义.     

抗雷电过压影响的电容式接地网设计

接地网一直是电力建设中不可缺少的一部分，同时也是现代防雷及接地研究的重点.接地网的均压效果直接关系到接触电压和跨步电压对人身及设备安全的影响.利用电容的充放电特性，提出了在接地网上连接电容器以构建电容式接地网的设计方案.通过ATP-EMTP电磁仿真软件建立仿真电路模型，并在不同的电容值下测量接地网地电位的幅值及电位陡度.实验结果表明电容式接地网对地电位幅值陡度的降低具有很好的效果，该方法在降低雷击对地表以上电气设备的损坏，以及提高工作人员的安全系数方面具有一定的参考价值.     

高原山区地形对雷暴云地面电场影响规律的数值模拟

为了在高原山区有效利用雷暴临近阶段的地面电场数据实现雷电的精准预警，搭建了典型雷暴云和基本山体模型，并结合高程数据模拟了真实高原山区地形，然后通过有限元方法研究了高原山区地形对雷暴云产生的地面电场分布特点和演变趋势的影响规律。结果表明：基本山体表面的雷暴云电场会发生畸变，畸变程度与山体形态和观测位置有一定关系；真实地形表面的雷暴云电场分布因为地貌的高低不平出现起伏波动，但整体趋势与平坦地面情况下基本一致；雷暴云临近观测点时近地电场的演变过程呈现先大幅上升再小幅下降的规律，但观测点地形特征会影响电场变化幅度。     

ε→∞时介质球的电势

从求解拉昔拉斯方程入子,利用极限条件和边界条件推出了介质球在点电荷电场中产生的电势分布规律,并由此推出了当介质球的电容率ε→∞时,介质球在电场中为等电势体.     

Bidirectional propagation of lightning leader

The characteristics of initial leader of triggered lightning flashes are studied by use of a highspeed digital camera system with the rate of 1 000 frame per second and simultaneous measurements of current and electric field change with 0.1 μS time resolution. The results show that the altitude-triggered lightning was initiated by bidirectional propagation leader because of "current interruption" by air gap, whereas the grounded-triggered one was not. The onset of downward-moving positive leader was prior to that of the upward-going negative leader for 843 ms in an altitude-triggered lightning under the positive ambient electric field. The downward-moving leader, regardless of its polarity, would produce in-homogeneous distribution of luminosity (current) along the channel on the moment of connection to the ground.     

三维空间表面电荷法的改进

为了有效地求取电气设备的空间分布电容值，对三维空间表面电荷法进行了改进。利用曲面三角形单元取代平面单元，并用二次多项式对内部点,可以更好地模拟电力设备的结构，获得高的计算精度。给出了单元上的数值离散格式，并将均压环对地电容作为算例进行了计算。结果分析表明，计算值与测量值间的相对误差仅有2％，两者有很好的一致性。     

飞行器表面沉积静电分布仿真

研究飞行器表面沉积静电分布规律对于评估其在飞行过程中的静电安全性具有重要意义.结合某型实体飞机开展1:1仿真建模与计算.通过仿真计算,得到了飞机在飞行状态下的电容,对比分析了模型结构、沉积电荷量对飞机表面电荷密度和电场分布的影响规律.结果表明:在飞行状态下飞机的电容约为460.5 pF;模型结构对飞机机头处的静电场有影响,驾驶舱、机舱舷窗等结构使得机头处的静电场变化约20％,而对其他位置处的静电场影响较小;不同沉积电荷量下飞机各放电刷处的静电场强度呈线性变化规律,飞机各放电刷处静电场强度不同,其中放电刷静电场强度最高处比最低处高约97％.     

电荷所在处的电场强度

本文证明了电荷所在处的电场强度都是唯一确定的。当讨论点电荷、线电荷、面电荷所在处的电场强度时，应该使用电荷体分布的物理模型。     

一定宽度无限长均匀带电薄板在空间任意位置处产生电场强度的表示

利用点电荷在空间产生电场强度的库仑定律和微积分的思想方法,表示出了一定宽度无限长均匀带电薄板在空间任意位置处产生电场强度的解析式.根据该解析式最后讨论了两种特殊位置的电场强度表示式.