基于微分法的电晕起始电压测定方法的实用评估

《IEEE Transactions on Plasma Science》：Practical Evaluation of Differential-Based Methods for Determining Corona Inception Voltage

　　

摘要：

本研究系统地探讨了确定气体放电中自持电压的方法，重点研究了共振方法，并将其与基于特征值的公式以及常用的经验准则进行了比较。分析在对应于实验设置的1维轴对称配置和2维轴对称几何结构中进行。研究表明，在简化情况下，直接特征值公式能够得到物理上一致的结果；然而，当加入光电离等额外物理过程时，其数值稳定性会下降。作为一种替代方法，对平凡解的稳定性分析可以可靠地确定分岔点，但由于需要反复进行特征值计算，因此计算成本显著增加。研究表明，即使在复杂模型中，共振方法也能提供一个稳健且物理上一致的框架来确定自持电压。在共振点，从物理上有意义的解向无物理意义的解的转变，为自持放电的开始提供了明确的指示。预测的共振电压与实验得到的起始电压吻合良好，平均偏差约为10％。与经验准则的详细比较表明，尽管经验方法在计算效率上仍具有优势，但通过解决方案重用和提前终止等优化策略，共振方法也能达到相当的性能。此外，使用具有局部负离子动力学的简化模型，可以在保持精度的同时大幅降低计算成本。总体而言，共振方法作为一种灵活且基于物理原理的方法，尤其适用于涉及复杂几何结构和额外物理机制的情况。