3D fluid modeling of positive streamer discharges in air with stochastic photoionization
流光放电是在闪电和火花之前的薄等离子体通道。它们通常以随机树状结构的形式成束演化，并且由于其多尺度性质而固有地难以建模。在本文中，我们进行了计算机调查的正流光放电在空气中使用当代光电离模型。我们报告三维计算机模拟的条件下，可在实验室火花隙实验。这些解决方案展示了由流注波动、分支和放电树的形成组成的多尺度形态。一些分支相对较粗且噪声较大，而另一些分支较细且光滑，并且在其尖端处携带超过$250\,\textrm{kV/cm}$的电场。我们的研究结果与过去的实验是一致的，并澄清了令人困惑的分支动力学和随机形态的正流光放电。
2020-04-09 physics.plasm-ph
Quantitative modeling of streamer discharge branching in air
本文利用纳入离散随机光电离过程的三维流体模型模拟空气中正流注分支，发现模拟结果与实验吻合，证实光电离噪声触发分支并验证了 Zheleznyak 模型。
2023-08-16 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
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
Simulations of positive streamers in air in different electric fields: steady motion of solitary streamer heads and the stability field
本研究通过流体模拟探究了不同均匀电场下空气中正流注的传播特性，确定了4.675 kV/cm的临界稳定性电场，验证了其与最小流注实验测量结果的一致性，明确了稳定性电场的物理定义。
2021-10-07 physics.plasm-ph
Sub-nanosecond delays of light emitted by streamer in atmospheric pressure air: analysis of N$_2$(C$^3Π_u$) and N$_2^+($B$^2Σ_u^{+}$) emissions and fundamental streamer structure
本文从实验和理论两方面分析了正流光在大气中传播时出现的超短脉冲现象。{With几十皮秒和几十微米的精度，它表明，当拖缆头通过一个空间坐标，从N $_2$和N $_2^+$辐射状态的发射最大值遵循不同的延迟。这些不同的延迟是由不同的激发和猝灭速率导致的填充辐射态的动力学差异引起的。{将拖缆头的位置与自增强电场的最大值相关联，对于N $_2^+$的第一负系统的峰值发射，实验发现160 $\,$ ps的延迟。} {For第一次在实验上观察到早期拖缆的延迟膨胀，并从理论上加以澄清。{Thus在N个$_2$的第二正系统的情况下，延迟可以达到多达400 $\,$ ps。与流光事件的高度非线性行为相反，理论上表明，发射最大延迟线性地依赖于流光半径和其速度的比率。这被发现是一个基本的拖缆功能和它的使用拖缆头诊断建议。此外，径向分辨光谱合成选定的后续皮秒时刻，以可视化的光谱指纹的径向结构的N $_2$（C $^3Π_u$）和N $_2^+$（B $^2Σ_u^+$）的流光头电子创建的人口。
2014-08-18 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
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
Streamer propagation in humid air
本文研究湿度对空气流注传播的影响，提出包含水团簇形成的最小化学反应集合，发现湿空气通过增强有效附着率提高击穿阈值并加速电导率衰减，从而减小流注半径与速度甚至导致停滞，并进一步分析了这些效应对流注分叉和电晕尺度与寿命的影响。
2023-04-11 physics.ao-ph physics.comp-ph physics.plasm-ph
Stereo-photography of point-plane streamers in air
流光放电的标准照片显示的是二维投影。我们在这里提出立体摄影图像，解决他们的三维结构。我们描述的立体设置和评价，我们提出的结果为正流光放电在空气中在0.2 - 1巴的点平面几何形状的间隙距离为14厘米，电压脉冲为47千伏。在这种情况下，发现43度的分支角的近似高斯分布;这些角并不显著地取决于到针的距离或气体压力。
2008-02-25 physics.plasm-ph
Simulated avalanche formation around streamers in an overvolted air gap
我们模拟了在标准温度和压力下的空气中的短过旋间隙中的流光。该模拟是用一个3D混合模型进行的，该模型跟踪低密度区域中的单个电子和光子，同时将流光内部建模为流体。光子之后是蒙特卡罗程序，就像电子一样。这里给出了第一个模拟结果。
2011-01-06 math-ph math.MP physics.plasm-ph
Comment on "Comparison of six simulation codes for positive streamers in air"(Plasma Sources Sci. Technol. 27 (2018) 095002)
最近，在[1]中对流注放电模拟的六个代码进行了比较。在这篇评论中，我们讨论了不同的代码使用相同的确定性模型所获得的结果之间的巨大差异，并提出了问题的代码的收敛性和收敛的结果所需的最小空间分辨率。
2022-03-04 physics.comp-ph physics.plasm-ph
DC-driven positive streamer coronas in airflow
本文对针-板结构中层流对正自脉动流光电晕的影响进行了实验研究。实验是在一个开放的返回风洞中进行的，风速高达30 m/s，垂直于针。实验数据的放电，推断从高分辨率，大样本大小的电流波形的统计特性。的电流脉动的关键属性，即脉冲间的周期，峰值电流，沉积的能量，和脉冲宽度作为风速和施加的直流电压的函数进行了分析。所有参数的离散度随风速的增大而增大。脉动周期的平均值随风速的增大而减小，脉动频率的平均值随风速的增大而增大。每脉动的峰值电流和能量具有减小幅度的一般趋势，但也观察到更高电流、更高能量的流光爆发。在低风速下，拖缆优先在顺风方向上传播，但是随着风速增加，更多的拖缆可以逆风传播。同步成像揭示了拖缆方向和电特性之间的相关性。
2022-04-22 physics.plasm-ph
Derivation of a merging condition for two interacting streamers in air
对两个同时传播的同极性气流相互作用进行了数值模拟。一个参数的研究已经进行了使用一个精确的数值方法，确保了时间-空间误差控制的解决方案。对于初始分离的两个流光小于或相当于在空气中的光电离的最长特征吸收长度，我们已经发现，流光往往合并的时刻，当它们的特征宽度和它们的相互距离之间的比率达到约0.35的值为正流光，和0.4为负的。此外，它表明，这些比率实际上是独立的所施加的电场，初始种子配置，和压力。
2012-08-01 math.AP physics.comp-ph physics.plasm-ph
Experiments on propagating and branching positive streamers in air
这篇2004年的论文包含了在其他地方没有的相同电位下不同间隙长度的放电数据。2004年摘要：已知流光的演变取决于气体成分和电极几何形状、电压的极性和大小以及产生高压脉冲的电路。为了更好地表征这些现象并与理论进行比较，我们建立了一个新的带有真空外壳的大型实验装置。我们在这里提出的第一个结果，在这个设置在空气中的正流光在固定电压和不同的电极距离。虽然在发射阳极尖端旁边，由于多个分支，类似数量的流光似乎出现，但当间隙较短时，更多流光似乎在固定距离上存活。当降低电压时，流光在离阳极尖端的所有距离处分支较少，或者在超过一定距离时根本不分支。
2008-08-18 physics.plasm-ph
Adaptive multiscale methods for 3D streamer discharges in air
我们讨论了空间和时间自适应隐式显式（IMEX）方法并行模拟三维流体流光放电在大气中。我们研究战略推进流体方程和椭圆输运方程（如泊松）与不同的时间步长，同步它们的全球物理时间尺度，这是采取成比例的介电弛豫时间。使用较长的时间步长的电场导致可以诊断的数值误差，我们量化的条件下，这种简化是有效的。同样，使用三项亥姆霍兹模型的辐射传输，相同的误差诊断表明，辐射传输方程不需要解决的时间尺度精细比介电弛豫时间。椭圆方程是大多数拖缆模拟代码的瓶颈，这里给出的结果可能提供计算节省。最后，一个计算的例子，在针平面几何形状，使用高达700万个网格单元的3D分支拖缆。
2019-01-24 physics.plasm-ph
Double-pulse streamer simulations for varying interpulse times in air
本文通过轴对称流体模型模拟不同脉冲间隔下的双脉冲流注，揭示三种状态，并提出流注延续与介电弛豫时间等相关的估计，发现电子脱离反应影响电子密度衰减。
2023-11-13 physics.plasm-ph
Positive streamers in air and nitrogen of varying density: experiments on similarity laws
对压力为0.013 ~ 1bar的环境空气中的正流光进行了实验研究。施加到阳极针的电压范围为5至45 kV，放电间隙为1至16 cm。使用100至180 ns的“缓慢”电压上升时间，有意使拖缆保持薄。对于每个压力p，我们找到最小直径d_{min}。为了测试不同压力下的拖缆是否相似，将最小拖缆直径d_{min}乘以其压力p;我们发现，在室温下，在二十年的空气压力下，该乘积可以很好地近似为p* d_{min} =0.20 \pm 0.02 mm*bar。当外推到室温时，该值也适合80公里高空雷雨云上方的精灵放电直径（因为空气密度而不是压力决定了物理行为）。在我们的测量中，拖缆的最小速度约为0.1 mm/ns = 10^5 m/s。同样的最小速度也被报道用于精灵中的卷须。我们还调查的初始电离云的大小在电极尖端的流光出现，和分支事件之间的流光长度。在纯度约为99.9%的氮气中也测量到相同的量。我们表征了空气中流光的本质区别，并在我们的氮气中找到了p* d_{min} =0.12 \pm 0.02 mm*bar的最小直径。
2008-09-02 physics.geo-ph 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
Implementation of a cathode directed streamer model in Air under different voltage stresses
随着气候变化法规的不断增加，为了找到可行的SF6替代品，应该对压缩空气等替代品进行适当的评估。对于中压应用，耐受电压被用作尺寸标准，这取决于作为电击穿前兆的流光的起始和传播。对于设计优化，在不同的应力，压力等情况下，这种放电的起始和传播机制的透彻理解，应该通过预测模型进行实验和数值研究。迄今为止，大多数数值研究都是通过自制的代码作为拖缆模型是不容易在商业软件，因为这种计算的复杂性和非线性。最近，随着商业有限元软件COMSOL（tm）Multiphysics的等离子体模块的鲁棒性的增加，可以开发具有合理精度的流光放电模型。本文提出了一种实现和验证的方法，在空气中的流注演变为不同的电压应力。短间隙（$\le$ 5 mm）在标准温度和压力（STP）条件下的模拟结果已提交，分析和比较与一些经典的论文，以评估这种模型的适用性，为进一步研究非热放电。中压，流光放电，环保气体，数值模型。
2020-10-15 physics.plasm-ph
Estimating the properties of single positive air streamers from measurable parameters
本文提出空气中单正流注的轴向解析模型，利用速度、半径、长度和背景电场等可测量参数估计电离密度、最大电场、通道电场和电荷层宽度，并通过区域匹配与守恒定律求解，结果与数值模拟吻合良好。
2023-08-07 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
Data-driven reduced modeling of streamer discharges in air
Centrum Wiskunde & Informatica (CWI)（荷兰数学与计算机科学研究中心）；Instituto de Astrofísica de Andalucía (IAA), CSIC（安达卢西亚天体物理研究所）
本研究提出一种丝状放电计算框架，基于1000组正流注模拟数据集构建含随机分支的降阶模型，在保证精度的同时大幅提升模拟效率，3D多流注模拟可在台式机上快速完成。
2025-06-19 physics.plasm-ph
Probing photo-ionization: simulations of positive streamers in varying N2:O2 mixtures
光电离是公认的机制，用于传播的积极流光在空气中，虽然参数不是很清楚，这种机制的效率在很大程度上取决于氮气和氧气的存在。但实验表明，流光的传播是惊人的强大对气体成分的变化，即使是纯氮与杂质水平低于1 ppm的流光传播基本上与空气中相同的速度，但它们的最小直径较小，他们更频繁地分支。此外，它们更多地以Z字形的方式移动，有时表现出羽毛状的结构。在我们的模拟中，我们测试的相对重要性的光电离和背景电离脉冲重复放电，在空气中，以及在氮气中与1 ppm的O2。我们还测试了合理的光电离模型的参数变化。我们发现，光电离主导流光在空气中传播的重复频率至少为1 kHz，而在氮与1 ppm的O2的重复频率的影响必须包括在1 Hz以上。最后，我们解释了流光通道周围的羽毛状结构，在实验中观察到的高纯度的氮气，但不是在空气中。
2010-10-30 physics.plasm-ph
A computational study of accelerating, steady and fading negative streamers in ambient air
本研究基于二维轴对称流体模型，探讨了环境空气中负流注的加速、稳态和衰退传播模式，重点揭示了稳态负流注在特定电场范围内的不稳定传播特性及其与正流注在速度、光学直径等性质上的显著差异。
2023-08-02 physics.plasm-ph
A computational study on the energy efficiency of species production by single-pulse streamers in air
本研究使用2D轴对称流体模型模拟了空气中单脉冲流注放电，发现通过减少流注通道焦耳热并增加头部最大电场（如使用高压短脉冲），可提高N(4S)和O(3P)等粒子的产生能量效率。
2023-06-29 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
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
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
Positive and negative streamers in ambient air: measuring diameter, velocity and dissipated energy
在1巴的环境空气中研究正和负流光;它们从放置在平面电极上方40 mm处的针电极出现。所施加的电压脉冲的幅度范围从5到96 kV;大多数脉冲的上升时间为30 ns或更短。测量了拖缆的直径、速度和能量。确定了两种制度;仅出现正流光的低电压状态和存在正流光和负流光的高电压状态。低于5 kV时，不会出现流光。在5至40 kV的范围内，形成正流光，而负放电仅在电极尖端处形成发光云，但没有流光。对于5至20 kV，正拖缆的直径和速度具有d=0.2 mm和v \approx 10^5 m/s的最小值。对于20至40 kV，它们的直径增加了6倍，而电压仅增加了2倍。在40 kV的过渡值以上，形成了两种极性的流光;它们彼此非常相似，尽管正流光进一步传播;它们的直径继续随着施加的电压而增加。对于96 kV，正流光达到3 mm的直径和4*10^6 m/s的速度，负流光约慢20%且更薄。速度v和直径d之间关系的经验拟合公式为v=0.5 d^2/（mm ns），适用于两种极性。两种极性的流光在穿过间隙时耗散每流光几mJ量级的能量。
2008-09-01 physics.geo-ph physics.plasm-ph
The emission of energetic electrons from the complex streamer corona adjacent to leader stepping
我们在这里提出了一个模型来捕捉的复杂性的流光电晕相邻的领导人步进，并将其与生产的高能电子作为一个源的X射线和$γ$ -射线，表现在地面伽马射线闪光（TGFs）。在它的步进，领导者尖端是伴随着由众多的流光组成的电晕扰动在其附近的空气，并留下残留的电荷。我们探索的相对重要性，空气扰动和预电离的生产充满活力的逃逸电子的2.5维圆柱形Monte Carlo粒子模拟的流光在16千伏厘米$^{-1}$和50千伏厘米$^{-1}$在地面压力的环境字段。我们探讨预电离水平之间的$10^{10}$ m $^{-3}$和$10^{13}$ m $^{-3}$，通道宽度之间的0.5和1.5倍的原始流光宽度和空气扰动水平之间的0\%和50\%的环境空气。我们观察到，在预电离和扰动空气中的流光加速比在非电离和均匀的空气与空气扰动主导的流光加速更有效。我们发现，在未受干扰的空气预电离水平的$10^{11}$ m $^{-3}$是足够的解释逃逸电子率测量结合地面伽玛射线闪光。在扰动空气中，逃逸电子的生产率从$10^{10}$ s $^{-1}$到$10^{17}$ s $^{-1}$不等，在高于和低于击穿强度的电场中，最大电子能量从几百eV到几百keV。在所提出的模拟中，逃逸电子的数量与地面伽马射线闪光观测中测量的高能电子的数量相匹配。最后，流光区领先的尖端的复杂性，可以解释高能电子和光子从流光放电的发射。
2019-02-12 physics.ao-ph physics.geo-ph 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
A model comparison of 2D Cartesian and 2D axisymmetric models for positive streamer discharges in air
本文比较空气中正流注的二维笛卡尔与轴对称流体模拟，量化起始电压、速度、半径、电场和电离差异，并指出二维笛卡尔模型无法定性再现分支。
2024-01-22 physics.plasm-ph
Review of recent results on streamer discharges and discussion of their relevance for sprites and lightning
现在已经很好地理解，在中间层的低空气密度下的大的精灵放电在物理上类似于在标准温压下的空气中的小的流光放电。这种相似性是基于汤森尺度与空气密度。首先，汤森缩放的理论基础和一个列表的六个可能的修正缩放进行了讨论，然后实验证据的流光和精灵之间的相似性进行了审查。然后，我们讨论了目前的精灵和流光理论已经发展，我们展示了如何流光实验可以解释为精灵模拟。我们回顾了最近的流光研究的结果，是相关的精灵和其他形式的大气电学，并讨论其影响精灵的理解。这些包括大范围的流光直径和速度和整体的3D形态与分支，相互作用和重新连接，依赖于电压和极性，电子能量在流光头和连续的化学效率和硬辐射。新的理论和实验结果涉及测量的流注光谱在空气中，密度依赖性的流注加热（热领导人是不可能在80公里的高度和冷的流光是不可能在液体），并讨论了磁场的影响热电子或高能电子的流光或精灵。
2010-01-30 physics.ao-ph physics.plasm-ph
A computational study of steady and stagnating positive streamers in N2-O2 mixtures
在本文中，我们解决了两个主要问题：稳定的传播领域的积极流光在空气中和流光减速领域低于稳定的传播领域。我们使用轴对称流体模型在空气中产生恒速正流光，方法是根据流光速度初始调整施加的电压。在初始瞬态之后，我们观察到$3\times10^4$ m/s到$1.2\times10^5$ m/s的速度的稳定传播，在此期间流光属性和背景场不改变。这种传播模式并不完全稳定，因为流光特性或背景场的微小变化最终会导致加速或减速。一个重要的发现是，更快的拖缆能够在显着较低的背景场比较慢的传播，这表明没有唯一的稳定场。我们与流注半径，速度，最大电场和背景电场的电导率损失的特征时间尺度。这种关系是定性证实，通过研究流光在N2-O2混合物中的氧气比空气少。在这样的混合物中，稳定的流光需要较低的背景场，由于减少的附着和重组率。我们还研究了减速的流光，这是很重要的预测多远，他们可以传播在低场。通过施加恒定的外加电压来模拟停滞拖缆。我们展示了这些流光的性质如何与稳定的情况下，并提出了一个唯象模型与拟合系数，描述的速度和半径的演变。最后，我们比较的长度与传统的稳定性领域的基础上预测的停滞飘带。
2022-01-27 physics.plasm-ph
3D simulations of positive streamers in air in a strong external magnetic field
本研究通过3D PIC-MCC模拟探究0-40T外磁场对大气压正流注的影响，揭示了磁场方向、强度与流注分岔、偏转及半径变化的关联机制，补充了磁场对电子输运作用的相关认知。
2024-01-30 physics.plasm-ph
The inception of pulsed discharges in air: simulations in background fields above and below breakdown
我们调查放电起始在空气中，在均匀的背景电场以上和以下的击穿阈值。我们进行3D粒子模拟，其中包括一个自然水平的背景电离的形式，积极和O $_{2}^-$离子。当电场上升到高于击穿和脱离阈值时，电子可以从O $_{2}^-$脱离并开始电离雪崩，这在空气中是相似的。这些雪崩一起创建一个大的放电，在许多流体模拟中发现的“双头”飘带。另一方面，在低于击穿的背景场中，必须有某种东西充分增强场，以形成流光。我们使用一个强电离种子的电子和正离子，我们观察到的增长，积极流光。未观察到负流光。击穿以下，电子脱离的列入并没有改变结果太多，我们观察到类似的放电发展，在流体模拟。
2014-05-28 physics.plasm-ph
Experimental study of hard X-rays emitted from meter-scale positive discharges in air
我们研究了长正火花击穿的结构和演化，并研究了硬X射线脉冲在哪个阶段发射。将约1 MV的标准化雷电脉冲波形的正高压脉冲施加到约1米的环境空气中。放电演变的图像与几十纳秒的分辨率与增强CCD相机。LaBr3（Ce+）闪烁探测器记录了在该过程中发射的X射线。同步测量两个电极上的电压和电流。所有的测量表明，首先一个大而密集的电晕的正流光出现从高压电极。当它们接近接地电极时，负反向流光出现在那里，并且硬X射线的发射与正流光与负反向流光的连接一致。
2015-01-20 physics.plasm-ph
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
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
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
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
Computational study of simultaneous positive and negative streamer propagation in a twin surface dielectric barrier discharge via 2D PIC simulations
采用二维粒子模拟方法，对表面介质阻挡放电（SDBD）中等离子体流光的传播机制进行了研究。研究是在模拟空气混合物（80% N $_2$和20% O $_2$）、大气压、100 $\,$ kPa、直流条件和代表交流条件的脉冲直流波形下进行的。模拟的几何形状是对称的和完全暴露的SDBD的简化，导致在Al $_2$ O $_3$电介质阻挡层的任一侧上同时点燃正流光和负流光。为了确定这两个流光的相互作用，传播行为的积极和消极的流光都独立地和同时在相同的恒定电压条件下进行了调查。一个额外的焦点是恳求下的快速亚纳秒上升时间平方电压脉冲交替之间的正和负电压条件，从而提供洞察下的动态的流光交替极性开关。它示出，同时点燃的两个流光，以及使用脉冲直流条件，提供了增强的放电和增加的表面覆盖。它还表明，额外的拖缆分支可能会发生在一个截面，这是很难实验观察。增强的放电和表面覆盖可有益于许多应用，例如但不限于：空气净化、挥发性有机化合物去除和等离子体增强催化。
2021-02-18 physics.plasm-ph
A 3D kinetic Monte Carlo study of streamer discharges in CO$_2$
本文利用三维动力学蒙特卡罗模型研究 CO$_2$ 中正负流注的起始与传播，揭示电子附着和光电离的关键作用，并阐明光电离对两类流注传播均具有重要意义。
2023-12-05 physics.plasm-ph
Predicting Streamer Discharge Front Splitting by Ionization Seed Profiling
以前的研究流光放电分支机制主要是生成的预测以外。为了预测甚至控制分支，需要建立实验条件和拖缆分支之间的可靠联系。作为实现这一目标的重要一步，在这项工作中，一个二维确定性模型的负流光在空气中的数值求解电离种子假设为高斯叠加。这里开发的“指示性配置文件的方法”可以始终与种子配置文件的几何不规则性的定量测量的变化与特定的电子密度的出现，在各种电压，种子特征尺寸和预电离水平下的流光放电的前分裂。这项研究的结果可以通知实验，以确定和澄清流光分支机制。
2018-10-02 physics.plasm-ph
Growing discharge trees with self-consistent charge transport: the collective dynamics of streamers
我们介绍的一般结构的增长模型的分支放电树，一贯结合有限的通道电导率与物理定律的电荷守恒。它是适用的，例如，到尖端或线电极附近和闪电先导之前的流光电晕，到先导本身以及到雷暴云上方的精灵放电的复杂击穿结构。然后，我们实现并解决了最简单的模型，在环境空气中的正流光与自洽电荷传输。我们证明，电荷守恒矛盾的共同假设的介质击穿模型，所有流光内的电场是等于所谓的稳定场，我们甚至发现的情况下，局部场反转。我们还讨论了放电树内的电荷分布，这提供了一个自然的解释，在实验室实验中观察到的重新连接的流光和精灵。我们的模拟显示了一个整体的“流光的流光”，我们命名为集体流光前的结构，并预测有效的流光分支角，流光树内的电荷结构，和流光重连。
2013-07-09 physics.plasm-ph
A Computational Study of Negative Surface Discharges: Characteristics of Surface Streamers and Surface Charges
我们研究了空气中负表面放电的动力学，通过数值模拟与二维流体模型。使用由嵌入在平行板电极之间的平坦电介质组成的几何形状。与体相气体中的负流光相比，负表面流光被观察到具有更高的电子密度、更高的电场和更高的传播速度。另一方面，它们的最大电场和速度低于正表面流光。在我们的模拟中，负表面流光是较慢的较大的相对介电常数。当负流光沿电介质表面传播时，负电荷在电介质表面上积聚，这可导致电介质内部的高电场。如果我们最初在电介质上放置负表面电荷，则负表面放电的增长被延迟或抑制。正表面电荷具有相反的效果。
2020-05-19 physics.plasm-ph
Analysis of the spatial non-uniformity of the electric field in spectroscopic diagnostic methods of atmospheric electricity phenomena
空气放电中电场的空间非均匀性，如流光，会影响光谱诊断方法的准确性，从而影响峰值电场的估计。在这项工作中，我们使用一个自洽流光放电模型来研究流光头部和流光辉光的空间非均匀性。我们集中我们的分析在大气压力和在中间层的低压下的空气放电。这种方法是有用的调查空间不均匀性的实验室放电，以及精灵流光和蓝色射流流光，两种类型的瞬态发光事件（TLE）发生在雷暴云。空气放电中电场的空间非均匀性的这种表征允许我们开发两种不同的光谱诊断方法来估计冷等离子体中的峰值电场。由于电场的高度空间非均匀性，通常采用的导出拖缆头部中的峰值电场的方法将电场低估了约40- 50%。我们的诊断方法将这种低估降低到约10- 20%。然而，我们的方法是不准确的比以前的方法流光辉光，其中的电场是均匀分布在空间。最后，我们将我们的诊断方法应用于SPRITE 95和96活动期间Armstrong等人（1998）记录的精灵的$N_2$的第二正系统和$N_2^+$的第一负系统中的测量光学信号。
2019-10-14 physics.ao-ph physics.comp-ph physics.plasm-ph
Spatially hybrid computations for streamer discharges: II. Fully 3D simulations
我们最近提出了第一个物理预测的空间混合模型，以下负流光放电在全三维空间的演变;我们的空间混合模型耦合粒子模型在高场区域的流光与流体模型在流光内部的电子密度高，场低。因此，该模型在计算上是有效的，同时它也遵循单个电子的动力学，包括它们可能的逃逸。在这里，我们描述了我们的计算的技术细节，并提出了下一步的系统开发的模拟代码。首先，从空气、氮气、氧气和氩气中的粒子群模拟获得新的输运系数和反应速率。这些系数在扩展的流体模型中实现，以使流体近似尽可能与颗粒模型一致，并避免流体和颗粒区域之间的界面处的不连续性。然后介绍了两种分裂方法，并对三维空间中流体-颗粒界面的位置和运动进行了比较。最后，我们提出了第一个结果的三维空间混合模型的负流光在空气中。
2011-03-10 math-ph math.MP physics.plasm-ph
3D simulations of negative streamers in CO$_2$ with admixtures of C$_4$F$_7$N
本文通过3D模拟比较流体与粒子模型，研究CO$_2$与C$_4$F$_7$N混合气体中负流注放电，发现两者结果相似但粒子模拟更随机，且LEA不优于LFA。
2025-10-08 physics.plasm-ph
Measurement of the electric field distribution in streamer discharges
本研究利用E-FISH技术实现高分辨率单通道流注放电绝对电场测量，开发考虑相位变化的反卷积方法获取局域电场，测量结果与仿真吻合，首次将该技术应用于大尺寸跨间隙流注，助力流注放电研究及E-FISH拓展应用。
2024-10-11 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
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
