基于有限元弱解式的棒-板长空气间隙先导放电空间电场仿真研究

对棒-板长空气间隙先导放电过程的空间电场分布以及带电离子浓度等特征参数进行仿真计算研究。建立棒-板长空气间隙放电的二维模型，导出流注-先导放电的二阶偏微分方程，通过有限元弱解形式(weakform)数值计算方法求解先导放电过程中产生的电子、正、负离子浓度与空间电场的大小。仿真结果显示：气体放电所产生的空间电荷对空间电场分布影响显著；间隙距离1.5m的棒-板长空气间隙下，外加500kV、250/2500ms正极性操作电压时的先导放电起始条件为，流注头部带电离子浓度达到4′1013cm-3数量级，空间电场最低达到10kV/cm；先导放电形成后，先导通道内电场约为1~2kV/cm，先导起始时间在400ms左右且以3′104m/s速度传播；有限元弱解形式能有效消除计算离子流中的数值振荡，使偏微分方程求解迅速收敛。