Гидродинамические давления в ближней зоне подводного электрического взрыва проводников. Часть I

6. Рзаев. С.Г. Microplasms breakdown of p-n junction // Fizika. 2001. № 3. P. 8-10.

7. Chinoweth A.G. and Mckey K.G. Photon emission from avalanche breakdown in silicon // Phys. Rev. 1956. V. 102. № 2. P. 369-376.

Поступила 22.01.04

Summary

The mechanism and conditions of the beginnings of breakdown in insulators included the clusters of the point defects was determined using the model of the charged sphere invested into homogeneous electric field. The dependence of the critical field Екр was obtained, when on the clusters of the point defects (CPD) micro plasmas arise. From this dependence follow that Екр proportional to radius of CPD and the density of the ionized impurity in them.

Ж.Н. Ищенко, В.Г. Жекул, С.Г. Поклонов

ГИДРОДИНАМИЧЕСКИЕ ДАВЛЕНИЯ В БЛИЖНЕЙ ЗОНЕ ПОДВОДНОГО ЭЛЕКТРИЧЕСКОГО ВЗРЫВА ПРОВОДНИКОВ. ЧАСТЬ I

Институт импульсных процессов и технологий НАН Украины, пр. Октябрьский, 43-а, г. Николаев, 54018, Украина

1. Введение

Подводный искровой разряд (ПИР) и электрический взрыв проволочки (ПЭВП) находят широкое практическое применение особенно как источники импульсных гидродинамических давлений [1-3]. Несмотря на многочисленные теоретические и экспериментальные исследования, ПЭВП, как более сложный процесс, изучен значительно меньше, чем ПИР. До настоящего времени нет общепризнанного представления о механизме процессов, уравнении состояния и электропроводности взрывной стадии ПЭВП при различных параметрах проволочки и разрядного контура. Это значительно затрудняет создание достаточно корректной математической модели динамики ПЭВП для расчета его гидродинамических характеристик. Поэтому актуальными остаются экспериментальные исследования, получение полуэмпирических зависимостей и основанные на них расчеты гидродинамических параметров ПЭВП.

В отличие от ПИР, сведения по характеристикам и расчету волн давления Р(¿) в ближней зоне ПЭВП довольно скудные, носят в основном качественный характер, либо справедливы лишь для тех режимов и специфических условий, для которых они получены, например, при деформировании стенки трубы [4-6]. Наиболее противоречивы данные по влиянию длины проволочки 1п и разрядного промежутка /рп на гидродинамические характеристики ПЭВП и ПИР, а также по выбору оптимальной величины длин 1п или /рп для различных технологических процессов.

Целью настоящей работы является получение данных по гидродинамическим характеристикам ПЭВП путем решения гидродинамической задачи с использованием экспериментальной или расчетной кривой мощности, сравнение давлений Р(0 для ПЭВП и ПИР, выбор зависимостей для расчета амплитуды волны давления при ПЭВП, энергетически и гидродинамически оптимальной длины проволочки.

2. Электротехнические характеристики и гидродинамическая модель

Осциллограммы разрядного тока ДО и напряжения на разрядном промежутке Щ?) для ПИР и ПЭВП существенно различаются (рис. 1). Основное выделение энергии при ПИР начинается сразу же после пробоя промежутка длиной /рп на пробивном напряжении ипр, когда электроды закорачиваются плазменным каналом разряда и в окружающую жидкость генерируется ударная волна. А при ПЭВП основное выделение энергии начинается после окончания стадии нагрева расплавленной проволочки (момент времени ¿в), когда она переходит в парожидкостное состояние (собственно взрыв прово-

© Ищенко Ж.Н., Жекул В.Г., Поклонов С.Г., Электронная обработка материалов, 2004, № 5, С. 44 - 51.

лочки). Скорость расширения канала разряда при этом резко увеличивается, что приводит к образованию в жидкости ударной волны. В момент времени tn, когда напряжение достигает максимальной величины Un, часто называемой индуктивным пиком перенапряжения, происходит пробой внутри парожидкостного канала разряда и превращение его в плазменный. При этом каналом излучается вторая волна давления, догоняющая первую.

Корреляция по времени осциллограммы и фотограммы ПЭВП приведена в [7]. Время tH совпадает со временем достижения электрической мощностью в канале разряда N(t) максимального значения Nm. При малом промежутке времени (tH - tu) первая и вторая ударные волны давления сливаются в одну.

Можно считать общепризнанным существование оптимального диаметра проволочки йоп для каждого сочетания параметров разрядного контура (зарядного напряжения UQ, емкости батареи конденсаторов C, индуктивности разрядного контура L). При оптимальном диаметре проволочки наблюдается наибольшая скорость выделения энергии в канале разряда и наибольшее механическое воздействие ПЭВП на обрабатываемый объект.

U, N

I

и

и -г* \ 1 -_——

tE t

/1

б

Рис. 1. Типичные осциллограммы тока и напряжения электрического разряда (а) и взрыва проволочки (б) в жидкости при близком к апериодическому режиме разряда

Изменение диаметра проволочки сильно влияет на характеристики ее взрыва и равносильно изменению зарядного напряжения установки. Как показали проведенные нами исследования [8], изменение йп на 0,1 мм в разовых патронах для электрогидроимпульсной (ЭГИ) запрессовки труб равносильно изменению зарядного напряжения и0 установки на несколько киловольт. При йп = йоп

взрыв прямолинейной проволочки происходит в момент времени t~ ~ 0,4я>/ЬС и не зависит от ее

длины. В проведенных ниже исследованиях использовались проволочки диаметром, близким к оптимальному.

Влияние длины проволочки сказывается на характеристиках ее взрыва в гораздо меньшей степени, чем изменение диаметра. Тем не менее, для заданных параметров и0, С, Ь и йп = йоп существует энергетически оптимальная длина проволочки /эоп, при которой за время первого полупериода колебаний тока т1 выделяется практически вся запасенная в конденсаторной батарее энергия Ж0, то есть Ж1 « Ж0 .

Оптимальные размеры проволочки могут быть рассчитаны по формулам [9-11]

doi = 2(W0/Н'^Щj ; ¡1 = 2 •1Q-3U0^LC ; h*= РпСп(Яп + yn),

где рп, стп, А,п, уп - плотность, удельная электропроводность, удельная теплота плавления и парообразования материала проволочки соответственно. Все величины выражены в единицах системы СИ.

Зависимость Ж1 = Д/п) гораздо менее критична, чем Ж1 = А(<Зп) [8].Так, в [12] вместо численного коэффициента 2 в формуле (1) для /эоп приводится коэффициент 1,4.

В настоящей работе гидродинамические характеристики ПЭВП определялись путем численного решения задачи расширения цилиндрического плазменного поршня в безграничной жидкости. Поскольку давление в жидкости при ПЭВП не превышало 3-109 Па, то процесс сжатия жидкости можно считать изоэнтропическим [13] и использовать ударную адиабату воды в форме уравнения Тэта. Подобный подход оказался плодотворным при исследовании движения цилиндрических оболочек под действием ПЭВП [8, 14, 15].

При решении гидродинамической задачи предвзрывная газожидкостная стадия взрыва проволочки тоже считалась плазменной, что позволило в качестве граничного условия задачи использовать уравнение баланса энергии в плазменном канале разряда [16].

а

В рамках принятых допущений решена система уравнений, включающая нелинейные уравнения механики сплошных сред, которая для случая осевой симметрии имела вид

Эр Эр ду ру

— + V— + р— = -—;

dt dr dr r dv dv

-+ V- =

dt дт

P - P0 = B

1 dP_

р dr

(р/р0) -1

d

dt y -1 dt

Vk = n • Д ;

= N (t );

N (t) = Nm sin2m (pt/VZc ).

Начальные и граничные условия для решения системы уравнений

Pk (0) = P(0, r) = Po, vk (0) = v(0, r) = 0, rk (0) = rn, Vk (0) = Vn, lk (0) = ln, v(t, rk ) = Vk (t), P(t, rk ) = Pk (t). Здесь p0 и p - исходное и текущее значения плотности жидкости; t - время; v - скорость течения жидкости; r - радиальная координата; P0 и P - гидростатическое и текущее значения давления в жидкости; B и n - константы в уравнении Тэта; Pk - давление в канале разряда; у - эффективный показатель адиабаты в уравнении баланса энергии в канале разряда; vk, Vk, rk и lk - скорость расширения, объем, радиус и длина канала разряда соответственно; rn и Vn - радиус и объем проволочки.

Возможность использования формулы (7) для расчета мощности N(t) при ПЭВП показана в

[17]. Если для ПИР в этой формуле m = 1 и Р = п /Tj, то для ПЭВП m >> 1 и

m =

(

4tnNm

Y

/2 '0 J

Nm = UnIn ;

P =

W LC

2tn

V пСи2

Здесь = Ж/Жо - КПД первого полупериода колебаний тока; 1п - разрядный ток, соответствующий пику перенапряжения ип. Оптимальному диаметру проволочки соответствует

Ц = О = 2%4ьс .

Система уравнений (2) - (7) решалась с помощью конечно-разностного метода [18, 19] с расчетным шагом по пространственной сетке не более 0,5 мм. Граница расчетной области выбиралась такой, чтобы отраженные от нее волны за время счета не успели прийти в расчетную точку. При использовании значений экспериментальной кривой Щ?) в уравнении (5) формула (7) исключалась.

Такие характеристики ПЭВП, как ип, 1п, tв, определялись с помощью зависимостей, приведенных в [9, 10, 20], а время 1п & 1,2 КПД рассчитывался по формуле [21]

П1

1

q2

q = 1 +

d\ - d2

2d2

q2 =1 +

11, -1

2l Î

При этом время достижения первого максимума разрядного тока может изменяться в пределах 0,2лл/ ЬС < т < 0,6лл/ ЬС.

Для численного коэффициента В1, входящего в формулу для расчета ип взрыва прямолинейной проволочки, приводятся значения 20 [9, 10] и 15 [11, 22] при ПЭВП в больших ("безграничных") объемах жидкости, а также - 12 [8, 23] при ПЭВП в электровзрывных патронах разового действия для запрессовки труб. Установлено, что на величину ип влияют условия осуществления ПЭВП, качество изготовления проволочки и ее форма [8, 20, 23-25].

Используемые в работе экспериментальные кривые мощности Щ(0 взрыва медных и алюминиевых проволочек рассчитаны из осциллограмм тока ДО и напряжения и(0, полученных В.Г. Жеку-лом и С.Г. Поклоновым в процессе исследования экспериментального устройства с внутренним диаметром 120 мм для извлечения нефти из скважин. При этом использовался осциллограф С1-115 с блоком цифровой обработки сигналов, а индуктивная составляющая напряжения измеряемого участка цепи компенсировалась с помощью катушки компенсации [26].

3. Результаты расчетов и их анализ

Рассчитывались гидродинамические характеристики взрыва медных (а?п = 0,30 мм) и алюминиевых (а?п = 0,35 мм) проволочек при и0 = 30 кВ, С = 3,0 мкФ, Ь = 2,74 мкГн. Длина проволочек изменялась от 25 до 100 мм. Согласно формуле (1), длина /эоп на этом режиме составляла 101,6 мм при численном значении коэффициента 2,0 и 71,1 мм - при значении этого коэффициента 1,4.

Расстояние от оси проволочки г выбиралось из условия г < 2,5 1п, когда амплитуда волны давления Рт убывает по закону, характерному для цилиндрической волны сжатия [27]. Время © соответствовало времени уменьшения амплитуды давления в е = 2,72 раза. Удельный импульс давления /(0 и плотность энергии в волне давления сэ(0 за время ^ = © рассчитывались как

© 1 © /

0 р0с0 0

здесь с0 - скорость звука в воде.

В табл. 1, 2 над чертой приводятся энергетические, рассчитанные из осциллограмм ДО и и(0, характеристики взрыва медных и алюминиевых проволочек при изменении их длины от 25 до 100 мм, а также гидродинамические характеристики волны давления на расстоянии г = 60 мм. Давления Рт и Р(0 для различных /п и г рассчитывались с помощью гидродинамической модели ПЭВП с использованием экспериментальных кривых мощности, полученных для соответствующих длин проволочки (рис. 2). Под чертой в табл. 1, 2 приводятся энергетические и гидродинамические характеристики ПЭВП при использовании кривых мощности N(0, рассчитанных по формуле [7].

Таблица 1. Энергетические и гидродинамические характеристики взрыва медных проволочек различной длины

Ьп, мм Иь Дж Л1 Nт, МВт Рт(60 мм), МПа ©, мкс /(©), Пас с(©), Дж/м2 ИУ/п, 103 Дж/м

25 1003 757 0,743 0,561 762 831 84,2 75,5 13,1 11,0 761 597 29450 20616 40,1

35 1055 844 0,781 0,625 854 1002 74,1 67,8 11,8 10,8 642 525 21758 16075 30,1

45 1198 947 0,887 0,702 1061 1128 71,1 64,0 11,9 10,6 598 496 19630 14543 26,6

65 1242 1220 0,920 0,904 1180 1263 61,4 60,6 11,3 10,6 493 464 13914 12905 19,1

75 1235 1327 0,915 0,983 1248 1248 57,2 59,5 10,8 10,6 453 444 12040 11885 16,5

100 1247 1327 0,924 0,983 1309 1281 50,8 52,1 10,3 10,5 383 402 8934 9589 12,5

Перед фронтом волны давления Р(0 (см. рис. 2) имеется предвестник, который наблюдался на фоторазвертках ПЭВП в [7]. Длительность фронта волны давления без учета предвестника составляла ~1 мкс. Проводились расчеты давления Р(0 при отсечении начального участка экспериментальной кривой N(0 до момента времени ¿в, что незначительно отразилось на Р(0, но уменьшился предвестник.

Увеличение длины проволочки от 25 до 100 мм привело к росту энергетических Щт и

снижению гидродинамических Рт,/(©), с(©) характеристик ПЭВП как в канале разряда, так и на расстоянии г от него. Оказалось, что энергетически оптимальным размерам проволочки (/п = 100 мм) соответствует давление Рт в 1,6 - 1,7 раза меньшее, чем при /п = 25 мм (см. табл. 1, 2, рис. 2).

Анализ показал, что этот результат объясняется снижением энергии при /п = 100 мм в 3,2 раза, выделенной на единице длины канала разряда (ИУ/п), и находится в соответствии с полуэмпирической зависимостью, приведенной И.З. Окунем в [27] для ПИР, стабилизированного микропроводником.

Таблица 2. Энергетические и гидродинамические характеристики взрыва алюминиевых проволочек различной длины

1п, мм Ж1, Дж Л1 Щт, МВт Рт(60 мм), МПа ©, мкс ;(©), Пас (0), Дж/м2 ЖЛп, 103 Дж/м

25 943 751 0,698 0,556 706 623 84,5 76,4 12,5 11,3 730 610 28282 21226 37,7

35 828 838 0,630 0,621 610 752 67,1 68,8 11,8 11,1 544 538 16953 16674 23,6

45 916 940 0,678 0,696 647 846 63,1 64,1 11,0 10,6 502 497 14588 14645 20,4

55 1066 1063 0,789 0,787 748 910 61,3 62,5 11,6 11,2 505 498 14188 14180 19,4

100 1340 1317 0,992 0,976 1056 936 52,3 52,1 10,9 10,5 406 405 9616 9858 13,4

N. МВт

1200

300

200

100

18 I, мкс

I, мкс

б в Рис. 2. Экспериментальные кривые мощности и рассчитанные по ним давления при взрыве медных проволочек различной длины: а- мощность N(0; б- давление Рпри г =10 мм; в - Рпри г=50 мм; 1п, мм: 1 -100; 2 - 75; 3 - 55; 4-35; 5 -25

Сравнение данных табл. 1 и 2 показало, что некоторое различие величин Ж и Щт при взрыве алюминиевых и медных проволочек значительно не отразилось на гидродинамических характеристиках их взрыва. Это является подтверждением вывода для меди и алюминия [28] при регистрации давления датчиками в акустической зоне, что при а?п = а?оп существенного влияния материал проволочки (медь, алюминий, никель, нихром) на характеристики ударной волны не оказывает.

Как отмечалось выше, коэффициенты в экспериментальных формулах для ип и /эоп в различных работах существенно различаются. Это ведет к различию расчетных значений Щт и соответственно. Согласно проведенным расчетам по гидродинамической модели ПЭВП, различие в величинах Щт при использовании в формуле для ип коэффициентов Вь равных 15 или 20, значительно сказывается на давлении в канале разряда Рк и на Рт непосредственно вблизи проволочки (г < 10 мм) из-

за резкого спада амплитуды Рт с ростом г. Чем выше амплитуда Рт, тем круче этот спад вследствие большей диссипации энергии такой волны давления.

Использование в формуле (1) для /эоп коэффициента 1,4 вместо 2,0 ведет к росту % и И при малых длинах проволочки. Так, рассчитанное по формуле (9) при /п = 35 мм значение % увеличивается от 0,558 до 0,625, а И возрастает от 752,8 до 844,0 Дж, что гораздо ближе к экспериментальным данным (см. табл.1). Но тогда вследствие слабой зависимости = _Д/п) в диапазоне длин проволочки от 71 до 102 мм необходимо принять таким же, как при /эоп. Это находится в соответствии с экспериментальными данными по (см. табл.1).

Следует отметить, что увеличение энергии Иь а соответственно и при ПЭВП может происходить (особенно для малых длин /п) за счет увеличения сопротивления канала разряда под действием волн давления, отраженных от близлежащих поверхностей электродной системы.

-,14, МВт

1200-

800

400

4

а

Р, МПа

300

200

100

б в Рис. 3. Расчетные кривые мощности и рассчитанные по ним давления при взрыве медных проволочек различной длины: а - мощность N(1); б- давление Р(1) при г = 10 мм; в- Р(1) при г = 50 мм; /п, мм: 1 -100; 2 - 75; 3 - 55; 4 - 35; 5 -25

Интересно сравнить между собой рассчитанные по гидродинамической модели ПЭВП давления Р(0 при использовании экспериментальных (см. рис. 2) либо рассчитанных по формуле (7) кривых мощности N(0 (рис. 3). При этом /эоп, Щт и % для медных проволочек определялись по формулам (1) (с коэффициентом 1,4), (8) (с коэффициентом = 20 при расчете ип) и (9) соответственно. При расчете мощности N(0 показатель степени синуса в формуле (7) изменялся от 34 до 54.

В аналогичных расчетах для алюминиевых проволочек при определении мощности Ыт, в отличие от медных проволочек, вместо коэффициента В\ = 20 использовался коэффициент В\ = 15. Более низкое значение Ыт при взрыве алюминиевых проволочек видно из экспериментальных данных (см. табл. 1, 2). Это вызвано зависимостью Ыт от энергии, введенной в проволочку к моменту взрыва [29]. У алюминиевой проволочки эта энергия больше.

Показатель степени синуса в формуле (7) при взрыве алюминиевых проволочек различной длины изменялся от 20 до 32.

Таким образом, сравнение результатов расчета характеристик волн давления электровзрыва медных и алюминиевых проволочек различной длины показало хорошее совпадение соответствующих гидродинамических характеристик и эпюры давления Р(0 при использовании экспериментальной или расчетной кривой мощности. Показано, что в ближней зоне электровзрыва алюминиевых и медных проволочек оптимального диаметра при прочих равных условиях характеристики волн дав-

ления близки. А при одинаковых параметрах разрядного контура и гп / 1п < 2,5 давление Рт убывает с увеличением длины проволочки, вплоть до энергетически оптимальной, в соответствии с уменьшением энергии, выделенной на единице длины взорванной проволочки.

ЛИТЕРАТУРА

1. Электрический взрыв проводников / Под ред. А.А.Рухадзе, И.С.Шпигеля. М., 1965.

2. Оборудование и технологические процессы с использованием электрогидравлического эффекта / Под ред. Г А. Гулого. М., 1977.

3. Коваленко В. С. Нетрадиционные методы обработки материалов в Японии // Электронная обработка материалов. 2000. № 3. С. 4-12.

4. Демина В.М., Шкатов А.А. Исследование гидродинамических характеристик электрического взрыва проводников в воде // Физические основы электрического взрыва. Киев, 1983.

5. Арсентьев В.В., Арсентьева Е.Л., Ищенко Ж.Н. и др. Исследование давлений на стенку трубы при электрогидравлическом деформировании // Разрядноимпульсная технология. Киев, 1978.

6. Мазуровский Б. Я. Электрогидроимпульсная запрессовка труб в трубных решетках теплообменных аппаратов. Киев, 1980.

7. Шолом В.К., Литвиненко В.П. Особенности формирования ударных волн при подводном электрическом взрыве проводников // Новое в разрядноимпульсной технологии. Киев, 1979. С.100-106.

8. Ищенко Ж.Н., Поздеев В.А. Деформирование и запрессовка труб электровзрывом. Николаев, 2003.

9. Шолом В.К., Кривицкий Е.В., Литвиненко В.П. Исследование электрических характеристик подводного взрыва проводников // Журн. техн. физики. 1974. № 44. Вып. 10. С. 2146-2150.

10. Кривицкий Е.В., Шамко В.В. Переходные процессы при высоковольтном разряде в воде. Киев, 1979.

11. Кривицкий Е.В. Динамика электровзрыва в жидкости. Киев, 1986.

12. Демина В.М., Кривицкий Е.В., Шолом В.К. Эффективность преобразования энергии при электровзрыве проводников в воде // Физико-механические процессы при высоковольтном разряде в жидкости. Киев, 1980. С. 67-76.

13. Зельдович Я.Б. Физика ударных волн и высокотемпературных гидродинамических явлений. М., 1966.

14. Ищенко Ж.Н., Поздеев В.А., Семко А.Н., Скрипниченко А.Л., Чуприн А.Н. Расчет гидродинамических давлений внутри цилиндрической оболочки при действии импульсного источника // Вют1 Ака-демп навук БССР. Сер. фiзико-техн. наук. 1985. № 1. С. 11-17.

15. Ищенко Ж.Н. Гидродинамические нагрузки при электрогидроимпульсном расширении цилиндрической оболочки внутри полости с жесткой стенкой // Теория, эксперимент, практика разрядноим-пульсной технологии. Киев, 1987. С. 118-124.

16. Наугольных К.А., Рой Н.А. Электрические разряды в воде. М., 1971.

17. Поздеев В.А., Ищенко Ж.Н. Аппроксимация закона скорости ввода энергии при электрическом разряде и взрыве проволочки // Электроразрядные процессы. Теория, эксперимент, практика. Киев, 1984. С. 58-64.

18. Численное решение многомерных задач газовой динамики / Под ред. С.К.Годунова. М., 1976.

19. Атанов Г.А. Расчет выстрела гидропушки методом "распада разрыва" // Гидромеханика. 1974. Вып. 30. С. 51-54.

20. Кривицкий Е.В., Литвиненко В.П., Коваль С.В., Шолом В.К. Некоторые особенности подводного электровзрыва проводников различной геометрии // Физико-механические процессы при высоковольтном разряде в жидкости. Киев, 1979. С. 53-59.

21. Мазуровский Б.Я., Опара В.С., Ищенко Ж.Н., Гуляева Л.Ю. Методика расчета режимов электро-гидроимпульсной развальцовки труб // Новое в разрядноимпульсной технологии. Киев, 1979. С. 28-35.

22. Гулый Г.А. Научные основы разрядноимпульсных технологий. Киев, 1990.

23. Ищенко Ж.Н., Гуляева Л.Ю., Рынденко В.В. Расчет элементов конструкции патронов для электро-гидроимпульсной запрессовки труб // Электрогидроимпульсная обработка металлов давлением. Киев, 1979. С.104-113.

24. Ищенко Ж.Н., Гуляева Л.Ю. Исследование подводного электрического взрыва проволочек спиральной формы // Электронная обработка материалов. 1979. № 2. С. 53-58.

25. Ищенко Ж.Н. Исследование взрыва проволочек переменного сечения и произведенной ими деформации труб // Разрядноимпульсная технология. Киев, 1978. С. 137-144.

26. Лукьянов Л.А., Киселев Г.И. Компенсационный способ измерения импульсного тока и напряжения // Приборы и техника эксперимента. 1974. № 7. С. 99-100.

27. Окунь И.З. Исследование волн сжатия, возникающих при импульсном разряде в воде // Журн. техн. физики. 1971. Т. 41. № 2. С. 292-300.

28. Коротков В.А., Несветайлов Г.А. О форме импульса сжатия при электрическом взрыве проволочек в воде // Физика горения и взрыва. 1970. № 2. С. 250-252.

29. Коваль С.В., Шамко В.В. Энергетические характеристики начальной стадии подводного электрического взрыва проводников // Процессы преобразования энергии при электровзрыве. Киев, 1988. С. 80-86.

Поступила 31.03.04

Summary

Results of calculations for pressure wave characteristics at the near zone of a discharge channel formed at electrical explosion of copper and aluminium wires have been obtained depending on the wire length and distance. The calculations were carried out numerically using a hydrodynamic set of equations for electric explosion phenomena. Good agreement of hydrodynamic pressure values were obtained for experimental and calculated dependencies describing electric power dissipation law under the wire explosion.

Ю.М. Рычков, С.А. Зайкова

ВЗАИМОСВЯЗЬ ПРИРОДЫ ПОЛЯРНОЙ ДОБАВКИ И ПРОСТРАНСТВЕННЫХ ХАРАКТЕРИСТИК ЗАРЯДОВЫХ КЛАСТЕРОВ В ЖИДКИХ ДИЭЛЕКТРИКАХ

Учреждение образования "Гродненский государственный университет им. Янки Купалы", ул. Ожешко, 29, г. Гродно, 230023, Республика Беларусь

Введение. Согласно ионно-кластерной модели проводимости жидких диэлектриков [1, 2] зарядовые кластеры представляют собой наноразмерные упорядоченные структуры. Они возникают в неполярных жидкостях углеводородного типа при добавлении в них модифицирующих полярных добавок. Зарядовый кластер состоит из "плотной" центральной части и "рыхлой" периферии. Центральная часть содержит ионы и молекулы полярной добавки, связанные между собой водородной связью. Периферия состоит из поляризованных молекул основной жидкости. Устойчивость зарядового кластера поддерживается за счет того, что энергия кулоновского отталкивания ионов в его центральной части (12 - 15 кДж/моль) оказывается меньше энергии водородных связей, удерживающих ионы и молекулы в ассоциированном состоянии (20 - 30 кДж/моль) [1, 2].

Взаимодействие между молекулами, образующими комплекс с водородной связью, осуществляется за счет обобществления протона. Схематически такой комплекс записывается как Я\Л-Н...ВЯ2. В качестве А обычно выступают электроотрицательные атомы О, К, Б, В-атомы, имеющие неподеленную пару электронов: О, К, Б, С1 и др. Встречаются Н-связи, образованные группами СН. Главными факторами, обусловливающими существование Н-связей и различие их свойств, являются перераспределение электронной плотности при образовании комплекса и перенос заряда. С образованием Н-связи стабильность микроупорядоченного состояния вещества возрастает. В результате такой взаимной ориентации молекул происходит их сближение, и реализуется энергетически выгодное расположение нанокомплексов - зарядовых кластеров.

Комплексная методика, использующая результаты независимых экспериментов, полученных методом импульсных вольт-амперных характеристик [3, 4] и регистрацией абсолютного значения угла поворота плоскости поляризации линейно поляризованного света [5], позволила установить следующее. При наложении электрического поля (Е = 0,4 - 0,6 кВ/см) в системе плоскопараллельных электродов, помещенных в диэлектрическую жидкость с полярной добавкой, в контактном слое

© Рычков Ю.М., Зайкова С.А., Электронная обработка материалов, 2004, № 5, С. 51 - 53.