Стр. 1 - Электрогазодинамическая модель линейного атмосферного разряда

ISSN 2305-5626. Вестник МГТУ им. Н.Э. Баумана: электронное издание. 2013

1

УДК 551.594 + 533.9

Электрогазодинамическая модель линейного

атмосферного разряда

В.И. Пустовойт

1

, А.А. Аникьев

1

МГТУ им. Н.Э. Баумана, Москва, Россия.

Рассмотрен газодинамический подход к описанию процессов, приводя-

щих к образованию лидера — локальной области значительной про-

странственной неоднородности концентрации заряда и, как следствие,

сильного электрического поля, инициирующего пробой атмосферного га-

за. Найдено решение системы нелинейных уравнений гидродинамики сла-

боионизованного газа в одномерном случае и получены распределения

концентрации частиц и электрического поля в потоке газа. Начальные

условия задачи в значительной степени определяют режимы развития

неустойчивости исходного распределения концентрации заряженных

частиц и исследованы области изменения параметров, при которых

нарастание электрического поля приводит к возникновению линий раз-

рыва, аналогичных ударным волнам в газах, но имеющим электрическую

природу компрессии. Получены численные решения системы уравнений

без каких-либо приближений, использованных ранее. Показано, что в

гидродинамическом потоке происходит значительное нарастание элек-

трического поля и неоднородности распределения концентрации, однако

поле остается конечным в принятых пространственно-временных мас-

штабах грозового облака.

E-mail:

aaanikyev@mail.ru

Ключевые слова

:

атмосферный разряд, уравнения гидродинамики,

уравнение Абеля, фазовая траектория.

Несмотря на значительные усилия по изучению обычных линей-

ных разрядов в атмосфере и их почти полуторавековую историю, меха-

низм накопления заряда и зарождения молний в грозовых облаках

остается полем для дискуссий. Наибольших успехов в эксперименталь-

ном изучении структуры грозовых облаков и физики формирования

молний достигли специалисты Центра глобальной гидрологии и кли-

мата NASA, а также сотрудники Лэнгмюровской лаборатории институ-

та Нью-Мехико. Результаты последних исследований, по крайней мере

до 2008 г., обобщены в работах [1—3]. В российской науке большая

доля работ приходится на лабораторные исследования физики пробоя и

разрядов в низкотемпературной плазме, газах и смесях газов, близких

по составу к земной атмосфере [4, 5], а также построению теоретиче-

ских моделей и численного моделирования физических процессов, со-

провождающих электрические разряды в атмосфере [6]. Сложность в

решении самой проблемы механизма формирования грозового разряда

во многом связана с тем, что грозовые тучи представляют собой откры-

тый природный резервуар с многофазной средой. Здесь представлены

газообразная, жидкая и твердая составляющие, причем концентрации

заряженных частиц — свободных электронов, всегда присутствую-

щих в атмосфере, ионов и незаряженных частиц различного размера —