The effect of the stochasticity of photoionization on 3D streamer simulations
正流光放电需要在它们前面的自由电子源以用于它们的生长。在空气中，这些电子通常由光电离提供。在这里，我们调查如何随机波动，由于电离光子的离散性影响空气中的正流光。我们模拟正流光两个平面电极与三维等离子体流体模型，使用随机和连续光电离的方法。随机光电离，波动是可见的流光的方向，最大电场，速度和电子密度。流光不分支，我们发现平均随机结果和连续光电离的结果之间有很好的一致性。流保持大致轴对称，我们表明，与轴对称模型得到的结果确实同意与三维结果。然而，我们发现，积极的流光是敏感的光电离量。当光电离量加倍时，随机和连续结果之间甚至有更好的一致性，但随着光电离量的一半，随机波动变得更加重要，流光分支开始发生。
2019-05-07 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Runaway Electron Generation by Decelerating Streamers in Inhomogeneous Atmosphere
数值模拟了大气中正负流光的动力学过程。它表明，积极和消极的流光表现在根本上不同的方式时，减速和停止。当头电位下降时，负流注过渡到由于前向电子漂移而传播的模式。在这种情况下，电离波前的半径增加，而在流光头部的电场进一步减小，流光停止。对于正流注，随着头电位的降低，其唯一的推进机制是电离波的有效半径的减小，从而导致电场的局部增大。这种机制补偿了在小的头部直径下气体光电离效率的降低。在大气压力空气中，当拖缆头电位降低到~1.2 kV时，拖缆头处的局部电场可超过失控阈值。在这种情况下，可以发生被引导到停止正流光的通道中的逃逸电子束的脉冲生成。所形成的脉冲电子束的能量可以从700 V（当相对于大气压空气中的值将光电离速率增加10倍时）变化到2.6 kV（在具有吸收添加剂的空气中，该吸收添加剂将光电离速率降低1000倍）。这是可能的，减速正流光的行为可以解释观测到的X射线辐射的爆发在流光传播。
2020-11-15 physics.plasm-ph
Investigation of positive streamers in CO$_2$: experiments and 3D particle-in-cell simulations
本文通过三维粒子模拟和实验研究 CO$_2$ 中正流注传播，发现少量光电离即可维持传播但需背景电场接近临界场，并给出猝灭压强估计和自持增长判据。
2024-10-20 physics.plasm-ph
3D particle simulations of positive air-methane streamers for combustion
流光放电可用作等离子体辅助燃烧的反应性物种的主要来源。在这项研究中，我们调查积极的流光在化学计量的空气-甲烷混合物在1巴和300 K的三维粒子细胞模型的电子。我们首先讨论合适的电子散射截面和光电离机制的空气-甲烷混合物的扩展。结果表明，甲烷的加入使电子输运和反应系数基本保持不变，但大大抑制了光电离，缩短了光子平均自由程，导致（1）加速了流光分支，（2）流光头部电场增强，（3）内部电场降低，（4）流光通道中电子密度增加.我们还计算了沉积在12.5和20 kV/cm的背景电场的正流光的演变过程中的时间积分的能量密度。我们发现沉积的能量密度的典型值在0.5-2.5 kJ/m $^{3}$的范围内的电离内部的流光与5 mm的长度，这个值是相当独立的电场施加在这里。最后我们发现非弹性电子散射过程中沉积的能量主要产生活性氮物种：N $_2$三重态和N，但也有O和H自由基。H $_2$和O $_2$单重态的产生也发生，尽管不太明显。例如，我们对反应性物种的初级生产的计算可以用于全球化学模型。
2022-04-08 physics.plasm-ph
Positive streamer discharge simulations in humid air: uncertainty in input data and sensitivity analysis
本研究针对潮湿空气中正流注放电模拟，分析H₂O截面、光电离模型和化学组三类输入数据的影响，发现10%H₂O时流注速度因输入数据不同最多变化50%，并通过敏感性分析确定关键化学反应。
2025-02-12 physics.plasm-ph
Simulation of positive streamers in CO$_2$ and in air: the role of photoionization or other electron sources
正流光放电已被广泛研究和模拟在空气中。在这里，我们研究积极的流光在CO $_2$与和没有氧混合物，他们是相关的电流高电压技术，以及在金星大气中的放电。我们讨论，没有有效的光电离机制是已知的气体与大CO $_2$分数，在相关的能量范围内的光子被迅速吸收。因此，正流光只能由于电离前沿前面的其他自由电子源而传播。因此，我们研究了正流光在CO $_2$与不同水平的背景电离提供这些自由电子的传播。用模拟方法研究了用背景电离代替光电离的效果。在标准温度和压力下，在6.4cm的间隙内，模拟了16 ~ 20 kV/cm的背景场中的流光，发现流光的传播对光电离或背景电离水平相当不敏感。我们还讨论了结果不仅依赖于击穿场和外加电场的大小，依赖于预电离或光电离，而且依赖于电子迁移率$μ(E)$和有效电离系数$α_{\rm eff}(E)$，它们是电子能量或电场的气体依赖函数.
2020-10-02 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Evolution of positive streamers in air over non-planar dielectrics: Experiments and simulations
我们研究了正流光在空气中传播沿聚碳酸酯介质板和没有小规模的表面轮廓。流光发展记录使用光敏高速摄像机和光电倍增管，并与2D流体流光模拟的实验结果进行了比较。测试两种型材，一种具有0.5mm深的半圆形波纹，另一种具有0.5mm深的矩形波纹。使用非仿形表面作为参考。实验和模拟表明，表面轮廓导致显着较慢的表面流光，也减少了他们的长度。矩形切割轮廓比半圆形轮廓更阻碍表面拖缆。我们发现模拟和实验之间的定量协议。对于具有矩形凹槽的表面，模拟还揭示了复杂的传播机制，其中新的正流光在表面轮廓波纹内重新点燃。研究结果对拖缆和固体火箭的技术应用具有重要意义。
2022-09-29 physics.plasm-ph
Calculating radio emissions of positive streamer phenomena using 3D simulations
本研究通过三维模拟结合两种光电离方法，探究正流注的无线电发射特性，明确不同流注过程的发射规律，给出电流近似式与电流矩拟合公式。
2024-10-07 physics.ao-ph physics.plasm-ph
Reconnection and merging of positive streamers in air
图片显示，从同一电极出现的流光或子流光放电通道有时似乎重新连接或合并，尽管它们的头部携带相同极性的电荷;因此，人们可能会怀疑重新连接是图片中二维投影的伪影。在这里，我们使用立体摄影来研究这些事件的完整三维结构。我们分析重新连接，可能是一个静电效应，其中一个较晚的薄流光重新连接到一个较早的厚流光通道，合并，建议的光电离效应，其中两个同时传播的流光头合并成一个新的流光。我们使用四种不同的阳极几何形状（一个尖端、两个尖端、板中的两个不对称突起和一根线），在环境空气中放置在平坦阴极板上方40 mm处。正高压脉冲施加到阳极，产生正电晕放电。这种放电是研究与快速ICCD相机，在许多情况下，结合光学，使立体成像。我们发现上面定义的重连经常发生。另一方面，仅在25毫巴的压力和2 mm的尖端间隔下观察到合并，即，对于p*d=50微米 * 巴的减小的尖端距离。在这种情况下，拖缆通道的半峰全宽大于尖端间距的10倍。在较高的压力下或使用金属丝阳极时，没有观察到合并。
2008-12-12 physics.plasm-ph
A comparison of particle and fluid models for positive streamer discharges in air
流体模型和粒子模型通常用于模拟流光放电。在本文中，我们定量地研究这些方法之间的协议轴对称和3D模拟空气中的正流光。我们使用的漂移扩散反应流体模型与本地场近似和PIC MCC（粒子在细胞，蒙特卡罗碰撞）粒子模型。模拟是在300 K和1 bar的温度下，在10 mm板-板间隙中使用2 mm针电极进行的。使用11.7和15.6 kV之间的施加电压，其对应于约15至20 kV/cm的背景场。流光属性，如最大电场，头部位置和速度作为时间或空间的函数进行比较。我们的结果显示，粒子模拟和流体模拟之间具有良好的一致性，这与之前在1D或负拖缆中进行的一些比较形成鲜明对比。为了量化模型之间的差异，我们主要研究拖缆速度作为拖缆长度的函数。对于这里考虑的测试情况，粒子和流体模拟之间的拖缆速度的平均偏差小于4%。我们研究了不同类型的传输数据的流体模型的效果，并发现通量系数导致良好的协议，而体积系数没有。此外，我们发现，与一个两项玻尔兹曼求解器，数据应使用时间增长模型计算的最佳协议。粒子和流体模型的数值收敛性也进行了研究。在流体模拟中，使用更精细的网格时，拖缆速度会有所增加，而粒子模拟对网格不太敏感。在我们的模拟中，光电离是随机波动的主要来源。当使用相同的随机光电离模型时，粒子和流体模拟表现出类似的波动。
2021-12-13 physics.plasm-ph
Why isolated streamer discharges hardly exist above the breakdown field in atmospheric air
我们调查流注形成对流层，在电场以上的击穿阈值。利用全三维粒子模拟，我们研究了自然背景电离和光电离对放电形态的综合影响。在以前的研究中，基于确定性流体模型没有背景电离，所谓的双头流光出现。但在我们改进的模型中，许多电子雪崩开始在不同的位置生长。最后，雪崩集体屏蔽了放电内部的电场。这发生在我们称之为“电离屏蔽时间”之后，对此我们给出了分析估计。由于这个时间是相当的流光形成时间，我们得出结论，孤立的流光是不可能存在的领域远高于大气中的空气击穿。
2013-08-23 physics.plasm-ph
Comparing simulations and experiments of positive streamers in air: steps toward model validation
我们比较模拟和实验中的单个正流光放电在空气中在100毫巴，旨在模型验证。实验上，流光产生在一个板-板的几何形状与突出的针。我们能够捕捉到完整的时间演化的可再生的单灯丝流光与纳秒门时间相机。一个二维轴对称漂移扩散反应流体模型被用来模拟条件下的流光密切匹配的实验。流光的速度，半径和光发射轮廓之间的模型和实验进行了比较。良好的定性协议之间的实验和模拟的光发射分布，并在整个演变过程中的流光速度和半径。定量地，在相同的拖缆长度下，模拟的拖缆速度低约20%至30%，并且模拟的半径小约1mm（20%至30%）。研究了输运数据、背景电离水平、光电离率、气体温度、电压上升时间和电压边界条件等参数对模型与实验符合程度的影响。由于50 Hz的实验重复频率导致的气体温度的增加可能会导致一些观察到的差异。
2021-08-07 physics.plasm-ph
A computational study of positive streamers interacting with dielectrics
我们使用数值模拟来研究表面放电，这是常见的高电压工程的动态。我们模拟正流光放电，传播到一个电介质表面，附着到它，然后在表面上传播。模拟是在空气中进行的二维等离子体流体模型，其中一个平面电介质被放置在两个平板电极之间。静电吸引是导致流光向电介质生长的主要机制。由于拖缆头中的净电荷，电介质被极化，并且拖缆和电介质之间的电场增加。与大体积气体中的流光相比，表面流光具有更小的半径、更高的电场、更高的电子密度和更高的传播速度。较高的施加电压导致表面放电的更快的开始和更快的传播。更高的介电常数导致拖缆更快速地附着到表面和更薄的表面拖缆。二次发射系数所示，发挥适度的作用，这是由于在空气中相对较强的光电离。在模拟中，高电场存在于正流光和电介质表面之间。我们表明，这个字段的大小和衰减的影响的正离子迁移率。
2020-05-19 physics.plasm-ph
Interaction of streamers in air and other oxygen-nitrogen mixtures
研究了氮氧混合气体（如空气）中流光的相互作用。首先，介绍了一种在多处理机上进行全三维拖缆模拟的有效方法。在它的帮助下，我们发现两个相邻的流光可以相互作用的两个竞争机制：通过静电排斥和通过吸引由于非局部光电离。压力和氮氧比的非直观的影响进行了讨论。由于光电离在实验上很难获得，我们最后建议通过流光相互作用间接测量它。
2008-05-13 physics.ao-ph physics.flu-dyn physics.plasm-ph
Probing background ionization: Positive streamers with varying pulse repetition rate and with a radioactive admixture
正流光需要在它们前面有一个自由电子源才能传播。流光可以通过光电离本身提供这些电子，或者电子可以由于外部背景电离而存在。在这里，我们调查的背景电离流光传播和形态的影响，通过改变气体成分和重复频率的电压脉冲，并通过添加少量的放射性氪85。我们发现，在高纯度氮气中的正流光放电的一般形态取决于背景电离：在较低的背景电离水平的流光分支更多，有一个更羽毛般的外观。当改变重复率和加入氪85时都观察到这一点，尽管放射性混合物的侧支较长。但是流光的速度和最小直径实际上与背景电离水平无关。在空气中，当重复率以及背景电离水平较高时，初始云会分解成半径较小的流光。当测量脉冲重复率和放射性混合物对放电形态的影响时，我们发现我们对背景电离水平的估计与这些观测结果一致;这使估计具有置信度。对于高达10 Hz的重复率，流光通道通常不遵循先前放电通道的路径。我们估计的离子和自由电子的复合和扩散的影响，从以前的放电，并得出结论，旧的踪迹在下一个电压脉冲的时刻基本上消失了，因此，下一个流光确实不能遵循旧的踪迹。
2011-09-26 physics.plasm-ph
3D particle-in-cell simulations of negative and positive streamers in C4F7N-CO2 mixtures
该研究利用三维粒子网格模型模拟C4F7N-CO2混合物中的正负流注，揭示临界场、电子附着及随机背景电离对其传播与不规则结构的影响。
2023-11-02 physics.plasm-ph
Positive streamers in ambient air and a N2:O2-mixture (99.8 : 0.2)
照片显示了空气中或氮氧混合物（0.2%O2）中的正流光之间的明显差异。混合物中的流光分支更频繁，但分支也更容易熄灭。可能与此相关，在混合物中的流光传播更多的是在一个曲折的方式，而他们在空气中更直。此外，混合物中的流光可以变得更长;它们更薄，更强烈。
2008-02-04 physics.geo-ph physics.plasm-ph
3D modeling of positive streamers in air with inhomogeneous density
本研究采用含随机光电离的3D流体模型，探究非均匀气体密度对空气中正流注放电的影响，揭示了不同密度梯度下流注的传播、分支规律及电压的反直觉作用，推广了此前的二维研究。
2023-10-04 physics.plasm-ph
Positive and negative streamers in ambient air: modeling evolution and velocities
我们模拟短的积极和消极的流光在空气中在标准的温度和压力。它们在均匀的电场中产生或从10至20 kV电压的针电极中出现。在给定的流光长度的流光速度依赖于只有微弱的初始电离种子，除了在负流光均匀的领域的情况下。我们的特点流光的长度，头部半径，头部电荷和场增强。我们发现，正流光的速度主要是由它们的半径和最近的实验结果的半径和速度在定量协议。负流光的速度在增强场中主要由电子漂移决定，在本模拟的低局域场中，它受光电离的影响很小。尽管负流光前沿总是至少以局部场中的电子漂移速度移动，但这种漂移运动加宽了流光头部，降低了场增强，并最终导致负流光的较慢传播或甚至消失。
2008-04-22 physics.comp-ph physics.plasm-ph
Macroscopic parameterization of positive streamer heads in air
针对空气中正流注头部难以测量的物理量，本文提出并验证了一个由三个一阶常微分方程组成的宏观近似模型，该模型通过速度、半径和背景场关联流注头部特性，与经典流体模型完整解高度吻合，可用于实验评估及多流注集体动力学建模。
2025-03-04 nlin.PS physics.plasm-ph
Experimental study of the spatio-temporal development of meter-scale negative discharge in air
我们研究了在标准温度和压力下，在1至1.5米的空气间隙中，由约1 MV的Marx发生器驱动的负放电的发展。我们显示的放电与纳秒快速摄影与电气特性的演变。负放电发展通过四个区分流光突发。在不同的爆发中，流光具有不同的速度和寿命。最后一次爆发触发了正接地电极上的正初始云，并出现了正反向流光的爆发。预放电然后桥接间隙，并且先导从两个电极生长。最后形成了火花。仔细观察阴极附近的预电离区，我们发现孤立的点是潜在的分支点。这些点充当正流光的起点，正流光朝向高压电极移动。在我们的实验室里还发现了空间领导者和领导者踩踏火花等现象。
2013-12-20 physics.plasm-ph
