Simulation of voltage/current waveforms and contact area of pulsed surface discharge on water

Abstract

Propagation of a surface discharge on water is evaluated using simulation results of the voltage/current waveforms and discharge contact area. Voltage/current waveforms are calculated using an exponential function which assumes the resistance of water decreases with increasing discharge contact area. A conductive disk having a given potential is used to model the discharge contact area and the temporal variation of the radius of the disk is discussed as the discharge propagation. The calculation in the current field is replaced by a calculation of the electrostatic field using the similarity between current and electrostatic fields. The calculation of the electrostatic field is conducted by a charge simulation method. The discharge phenomena are classified into two stages which are the breakdown of needle-to-water gap and the surface discharge propagation on water. The electrostatic field calculation at needle-to-water gap is performed to determine the initial discharge contact area. Expansion of the contact area in the creepage direction, is evaluated by the electric field calculation at the edge of the conductive disk. The expansion terminates when the field becomes lower than 26 kV/cm. The velocity of the expansion increases with the applied voltage. The maximum contact radius increases with decreasing conductivity of water under the same applied voltage. The tendency of simulation results of the expansion of the contact area are consistent with the previous observation results of the discharge propagation.

Evaluation of the Advanced Erosion Impacts on the Medium Motion Inside а Microelectrode

“…Расширение перечня нано-и критических технологий, развитие средств высокой точности контроля поверхности молекулярного класса объектов, в том числе [5][6][7][8], не только в области точного машино-и приборостроения, но и медицины, биологии и других отраслей, требуют наличия микроразмерного инструмента для создания соразмерных инструменту отверстий, пазов, щелей и поверхности с требуемым микро-рельефом [9][10][11][12].…”

“…Кроме того, фактор присутствия в среде, охлаждающей инструмент, частиц эрозии, в том числе из-за адгезии к электроду, ведет к некоторому изменению динамики процесса эрозии с временной вариацией формы электрода и к нарушению качества результата воздействия эрозии на материал [1,4,8,25,26]. В зоне эрозии действует несколько факторов, влияющих на вариации формы электрода [5].…”

Наноэлектроэрозия: коррекция влияния среды зазора «swcnt-электрод-поверхность»

“…В простом геометрическом представлении [1][2][3][4][5][6] пространство промежутка «анод-катод» активной электроэрозионной зоны воздействия на материал ограничено двумя поверхностями: поверхностью активного электрода -swcnt (анод) и поверхностью обрабатываемого материала, служащего катодомисточником эмиссии (от электронов до отдельных капель абляции структуры) элементов материала. В пространстве промежутка активной электроэрозионной зоны действия присутствует среда, которая разделяет два электрода [1,3,6,[7][8][9][10]: один -swcnt (анод) является инструментом, второй (катод) -материалом интенсивного электротермического воздействия. Из-за того, что в процессе формирования активной электроэрозионной зоны действия происходит совершенно случайный отрыв фрагментов структуры материала от поверхности обрабатываемого изделия, геометрия промежутка «swcntповерхность» динамически изменяется.…”

“…Кроме того, что вполне естественно, эмитировавшие в пространство промежутка «swcnt-поверхность» фрагменты материала изменяют состав и структуру среды промежутка. Таким образом, состав и структура слоя среды в промежутке активной электроэрозионной зоны действия между электродами «swcnt-электрод-поверхность» подвержены сильным случайным пространственным и временным изменениям в динамике протекания процесса [1,3,6,[9][10][11][12][13][14]. Наиболее неустойчивым распределением составляющих отличается слой в центральной части зазора, особенно его пограничные слои, которые прилегают к поверхности swcnt и поверхности изделия.…”

“…Наиболее неустойчивым распределением составляющих отличается слой в центральной части зазора, особенно его пограничные слои, которые прилегают к поверхности swcnt и поверхности изделия. Именно здесь происходит формирование «абляционного» характера процесса разрушения изотермических слоев среды и аэрозолей материала [1,[10][11][12][13][14][15].…”