Abstract:The structure of the discharge channel upon nanosecond wire explosion has been studied using laser Schlieren probing. Wires of 25 µm diameter and 12 mm length were exploded in air and vacuum by 10 kA current pulse having a 50 A/ns rise time. The development of shock waves in the air was observed. The propagation of shock waves was analyzed using a simple model of flat piston. It became possible to draw conclusions the dislocation of the flow of the main part of the current in the volume of the discharge channe… Show more
“…Several publications report the dynamics of the arc plasma expansion, with emphasis given to the pressure and velocity fields produced in liquids, [7,[12][13][14][15][16]. Moreover, several studies have investigated the dynamics of arc plasma expansion in gases, [10,11,17,18]. Since the electrical discharge involves complex electronic and hydrodynamic processes, the development of the discharge can be described with the help of certain parameters: plasma channel resistance and radius, temperature, pressure and energy dissipation.…”
Section: Analytical Modelmentioning
confidence: 99%
“…For the development of this model, a number of necessary assumptions were made. Atmospheric air was considered as a Newtonian fluid (non-viscous, thermally non-conducting, ideal gas) that expands only in the radial direction, [18]. The gas density, ρ 0, was considered constant at 1.2 kg/m 3 , and the atmospheric pressure, P 0 , was considered constant at 101 kPa.…”
This paper presents an analysis of energy partition among various physical processes during the formation of an electrical arc. Experimental work was conducted to accurately determine the energy delivered into the discharge. The transient voltage and current waveforms have been measured. An analytical model was developed which allows estimation of the energy partition in the discharge to be performed in order to evaluate risks associated with different energy components: thermal, kinetic-acoustic and light. Approximately 60% of the electrical energy is converted into mechanical work, subsequently contributing to the pressure rise. The results obtained will help in studies of safety considerations regarding hazards associated with plasma discharges in transient faults/sparks and during the onset of arcing faults (flash and blast hazards).
“…Several publications report the dynamics of the arc plasma expansion, with emphasis given to the pressure and velocity fields produced in liquids, [7,[12][13][14][15][16]. Moreover, several studies have investigated the dynamics of arc plasma expansion in gases, [10,11,17,18]. Since the electrical discharge involves complex electronic and hydrodynamic processes, the development of the discharge can be described with the help of certain parameters: plasma channel resistance and radius, temperature, pressure and energy dissipation.…”
Section: Analytical Modelmentioning
confidence: 99%
“…For the development of this model, a number of necessary assumptions were made. Atmospheric air was considered as a Newtonian fluid (non-viscous, thermally non-conducting, ideal gas) that expands only in the radial direction, [18]. The gas density, ρ 0, was considered constant at 1.2 kg/m 3 , and the atmospheric pressure, P 0 , was considered constant at 101 kPa.…”
This paper presents an analysis of energy partition among various physical processes during the formation of an electrical arc. Experimental work was conducted to accurately determine the energy delivered into the discharge. The transient voltage and current waveforms have been measured. An analytical model was developed which allows estimation of the energy partition in the discharge to be performed in order to evaluate risks associated with different energy components: thermal, kinetic-acoustic and light. Approximately 60% of the electrical energy is converted into mechanical work, subsequently contributing to the pressure rise. The results obtained will help in studies of safety considerations regarding hazards associated with plasma discharges in transient faults/sparks and during the onset of arcing faults (flash and blast hazards).
“…When pulse power is applied to the wire, the electrical energy rapidly sublimates the wire, thus ___________________________________ *Corresponding Author: osamu@okinawa-ct.ac.jp converting it into plasma along with the surrounding water. At this instant, an underwater shockwave is generated around the rapidly expanding plasma [11] [14][15][16]. A high-voltage pulse generator is used for supplying high-voltage, large-current electrical discharge to the wire (Figure 2A).…”
“…[Dra51], [Bra58], [Mar60], [TBI+07]. A well-established, previously-developed theory describes the arc channel expansion based on the concepts of hydrodynamics (fluid dynamics) and considers the plasma channel as a piston that pushes the surrounding medium, establishing a shock-wave [Dra51], [Bra58].…”
Section: Energy Partition Model Development In Spherical Coordinatesmentioning
confidence: 99%
“…For the development of this model, a number of assumptions were made, which have been described in Subchapter 6.1.4. Atmospheric air was considered as a Newtonian fluid (nonviscous, thermally non-conducting, ideal gas) that expands only in the radial direction, [TBI+07]. The non-disturbed gas density, ρ0, was considered constant at 1.2 kg/m 3 , and the atmospheric pressure, P0, was considered constant at 101 kPa.…”
Section: Energy Partition Model Development In Spherical Coordinatesmentioning
Ο κύριος σκοπός της παρούσας διατριβής είναι η διεύρυνση της γνώσης και της κατανόησης του μεγέθους των συνεπειών λόγω των φωτοθερμικών εκλύσεων και του ωστικού κύματος που εμφανίζονται κατά τη διάρκεια του ηλεκτρικού τόξου μέσω πειραμάτων, μοντελοποίησης και ανάλυσης. Προς την επίτευξη αυτού, αρχικά, σημαντικό βάρος δόθηκε στην ανάλυση προϋπαρχόντων δεδομένων που αφορούν τις συνέπειές του και τις πρακτικές που εφαρμόζονται από μηχανικούς για τη μείωση του μεγέθους των συνεπειών σε βιομηχανικά περιβάλλοντα. Στη συνέχεια, παρουσιάζεται ο κύριος κορμός της έρευνας που αποτελείται από την πειραματική έρευνα που εκτελέστηκε για την διερεύνηση των χαρακτηριστικών του ηλεκτρικού τόξου και εν συνεχεία η πρόταση ενός αναλυτικού μοντέλου που αναπτύχθηκε για την ποσοτικοποίηση των επιμέρους εκλυόμενων ενεργειών. Τα ηλεκτρικά χαρακτηριστικά του αρχικού σταδίου ανάπτυξης του ηλεκτρικού τόξου αποκτήθηκαν πειραματικά μέσω διαφόρων συστημάτων που αναπτύχθηκαν κατά την διάρκεια της παρούσας μελέτης. Δύο μηχανισμοί έναρξης του τόξου διερευνήθηκαν: έναρξη εκκένωσης σε διάκενο σπινθήρα (self-breakdown spark gap: SBSG) και έναρξη εκκένωσης σε διάκενο σπινθήρα υποκινούμενη από το βραχυκύκλωμα της ανόδου με την κάθοδο λόγω παρουσίας σύρματος (wire-guided spark gap: WGSG). Αναπτύχθηκαν επίσης τεχνικές επεξεργασίας των πειραματικών δεδομένων για την απόκτηση των κυματομορφών της τάσης και της έντασης του ηλεκτρικού τόξου ούτως ώστε να υπολογιστεί η ηλεκτρική ενέργεια που βρίσκεται διαθέσιμη στην εκκένωση. Το αναλυτικό μοντέλο που έχει προταθεί βασίστηκε σε μια υδροδυναμική προσέγγιση για την περαιτέρω ανάλυση της εκλυόμενης ενέργειας σε επιμέρους που είναι η θερμική, η ακουστική-κινητική και η ενέργεια λόγω έκλυσης φωτός. Αυτή η ανάλυση των επιμέρους ενεργειών προσφέρει δεδομένα χρήσιμα για ζητήματα ασφαλείας, οι οποίες επιμέρους ενέργειες δεν λαμβάνονται υπόψιν επί του παρόντος στα υπάρχοντα πρότυπα. Επίσης, έχει εκπονηθεί η ανάλυση και η αξιολόγηση της καταλληλότητας των μοντέλων τύπου μαύρου κουτιού για την πρόβλεψη των χαρακτηριστικών του τόξου κατά την έναρξή του λαμβάνοντας υπόψιν το ηλεκτρικό κύκλωμα. Οι αρχικές συνθήκες για την ανάλυση του λόγου της έντασης προς την τάση του ηλεκτρικού τόξου εξήχθησαν από τις κυματομορφές που προέκυψαν από τα πειράματα για την διερεύνηση της αλληλεπίδρασης κυκλώματος-ηλεκτρικού τόξου. Αυτό μπορεί να θεωρηθεί ως ένα πρώτο βήμα προς τη δημιουργία μιας ακριβούς σύνδεσης μεταξύ των εκδηλώσεων των φωτοθερμικών εκλύσεων και του ωστικού κύματος του ηλεκτρικού τόξου σε επίπεδο μικροκλίμακας με την έντονη λάμψη και την έκρηξη που παρουσιάζεται στη μακροκλίμακα. Αναμένεται πως η περαιτέρω κατανόηση των περίπλοκων διεργασιών μετατροπής ενέργειας που εκτυλίσσονται μετά την έναρξη του ηλεκτρικού τόξου μπορεί να προσφέρει παραπάνω εργαλεία για την ποσοτικοποίηση των επιμέρους ενεργειών του τόξου και τη βελτίωση των μέσων προστασίας κατά κατά των συνεπειών λόγω του ηλεκτρικού τόξου και της έκρηξης λόγω αυτού.
scite is a Brooklyn-based organization that helps researchers better discover and understand research articles through Smart Citations–citations that display the context of the citation and describe whether the article provides supporting or contrasting evidence. scite is used by students and researchers from around the world and is funded in part by the National Science Foundation and the National Institute on Drug Abuse of the National Institutes of Health.