автореферат диссертации по энергетике, 05.14.12, диссертация на тему:Исследования предпробивных процессов в воде с приэлектродными пузырьками в микросекундном диапазоне

На правах рукописи

Мелехов Александр Викторович

ИССЛЕДОВАНИЯ ПРЕДПРОБИВНЫХ ПРОЦЕССОВ В ВОДЕ С ПРИЭЛЕКТРОДНЫМИ ПУЗЫРЬКАМИ В МИКРОСЕКУНДНОМ ДИАПАЗОНЕ

Специальность 05 14 12 - Техника высоких напряжений

АВТОРЕФЕРАТ

диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук

ииоч4а484

Новосибирск - 2008

003449484

Работа выполнена в Государственном образовательном учреждении высшего профессионального образования «Новосибирский государственный технический университет» и Институте лазерной физики СО РАН, г Новосибирск

Научный руководитель: доктор физико-математических наук, с н с

Коробейников Сергей Миронович

Официальные оппоненты: доктор технических наук, профессор

Ушаков Василий Яковлевич

кандидат технических наук, с н с Яншин Константин Васильевич

Ведущая организация: Филиал НТЦ Электроэнергетики - ОАО

«Сибирский научно-исследовательский институт энергетики», г Новосибирск

Защита диссертации состоится 13 ноября 2008 г в 12-00 часов на заседании диссертационного совета Д 212 173 01 при Новосибирском государственном техническом университете по адресу 630092, г Новосибирск, пр К Маркса, 20

С диссертацией можно ознакомиться в библиотеке Новосибирского государственного технического университета

Автореферат разослан ¡0 октября 2008 г.

Ученый секретарь

диссертационного совета Тимофеев И П

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы диссертации. Интенсивное использование жидких диэлектриков в технике высоких напряжений требует всестороннего изучения процессов, протекающих в них при электрических разрядах Несмотря на важность полученных ранее результатов, единой теории развития разряда в жидких диэлектриках в настоящее время не существует, поскольку процесс развития разряда включает в себя элементы «пузырькового» и ионизационного механизмов пробоя

Появление моделей, связанных с зарождением в жидкости парогазовой фазы, позволяет объяснить на качественном уровне зависимость импульсной электрической прочности от давления и температуры Критерии пробоя основаны на появлении пузырьков за счет кипения жидкости при протекании тока, либо за счет кавитации под действием электростатических или кулоновских сил Кроме того, в жидкости могут существовать микропузырьки еще до воздействия напряжения Газовая фаза может состоять из воздуха и других газов, появившихся в жидкости в результате производства, хранения и эксплуатации Наличие микрорельефа на поверхности электродов, а именно, пор и выступов способствует образованию стабильных микропузырьков, поэтому в обычных условиях электротехнических экспериментов пузырьки микронных размеров всегда присутствуют на электродах Ясно, что в высоковольтных устройствах наличие пузырьков газа на поверхности электродов и изоляторов создает условия для развития первичных ионизационных процессов и приводит к снижению рабочего напряжения Следовательно, появляется необходимость экспериментального исследования поведения микропузырьков под действием сильного электрического поля

Особое место среди жидких полярных диэлектриков занимает дистиллированная вода (относительная диэлектрическая постоянная е = 80 и неизменна до I ГГц), интенсивно используемая в высоковольтных импульсных накопителях и коммутаторах энергии В мощных импульсных накопителях энергии цикл заряд-разряд длится около микросекунды, практическая напряженность поля составляет сотни киловольт на сантиметр Характерные размеры пузырьков, приводящих к пробою в таких системах, должны составлять десятки микрометров Поведение пузырьков под действием электрического поля может меняться в зависимости от диэлектрической проницаемости жидкости, в которой он находится Поэтому необходимо исследовать их поведение в случае неполярной жидкости Для сравнения результатов в качестве неполярной жидкости был выбран ггерфтортриэтиламин (а = 1 9), обладающий высокими электрофизическими и теплотехническими характеристиками

Исследование поведения пузырьков в сильных полях важно для импульсных емкостных накопителей энергии, маслонаполненного электрооборудования, электрогидравлических и электрогидродинамических преобразователей и т п , а также для экспериментальной проверки теоретических представлений «пузырьковых» моделей разряда

Цель работы Экспериментальное исследование предпробивных процессов в воде с приэлектродными пузырьками размером десятки микрометров в микросекундном диапазоне

Задачи исследования

1 Разработка методики создания долгоживущих микропузырьков контролируемого размера в жидкости,

2 Экспериментальное исследование влияния сильных электрических полей на поведение пузырьков в полярной (воде) и неполярной (перфтортриэтиламине) жидкостях,

3 Экспериментальное исследование механизма зажигания разряда в воде с помощью микропузырьков,

4 Оптические и электрооптические исследования предпробойных катодных процессов в деионизованной воде

Научная новизна и основные положения, выносимые на защиту

1. В предпробивных полях впервые зарегистрирован "эффект полярности" в поведении анодных и катодных пузырьков в воде и его отсутствие в перфтортриэтиламине,

2 Наличие пузырьков на поверхности электрода приводит к более быстрому начальному инициированию катодных процессов, однако, вследствие их малой скорости распространения, разряд раньше развивается с анода,

3 Впервые установлено, что в воде развитие разряда в катодных пузырьках протекает в многолавинной форме, а в анодных пузырьках в стримерной форме,

4 Впервые показано, что анодное зажигание происходит при росте пузырька до критического размера и сопровождается веером сверхзвуковых стримеров и ударной волной с центром на поверхности пузырька,

5 Катодные процессы при наличии пузырьков и их отсутствии в однородном и неоднородном полях развиваются с дозвуковой скоростью, измеренное усиление поля вблизи катодных неоднородностей на порядок превышает среднюю напряженность электрического поля,

6 Предложен механизм электрогидродинамического развития разряда с катода, заключающийся в развитии неустойчивости заряженного слоя жидкости вследствие частичных разрядов в парогазовой фазе

Достоверность результатов определяется использованием современных методов измерения, стандартных методов обработки экспериментальных данных и непротиворечивостью полученных результатов с теоретическим и экспериментальным результатами других авторов

Практическая значимость работы

Результаты диссертации могут быть использованы при проектировании мощных высоковольтных импульсных накопителей и коммутаторов энергии

Внедрение результатов работы

Результаты исследований были востребованы ЗАО «Сибел» при подготовке проекта по модернизации импульсных накопителей энергии Они используются в учебном процессе в курсе «Физические основы техники высоких напряжений» на факультете энергетики Новосибирского государственного технического университета

Апробация

Результаты научных исследований были представлены на обсуждение на 9-ой, 10-ой, 13-ой международных научных школах-семинарах «Физика импульсных разрядов в конденсированных средах» (Николаев, Украина, 1999, 2001, 2007 г), на 2-ом международном совещании по электрической проводимости, конвекции и пробою в жидкостях (Гренобль, Франция, 2000 г), на 6-ой международной конференции "Современные проблемы электрофизики и электрогидродинамики жидкостей" (Санкт-Петербург, Россия, 2000 г), на 14-ой, 16-ой международных конференциях по жидким диэлектрикам (Грац, Австрия, 2002г, Пуатье, Франция, 2008 г), на научной конференции «Электрофизика материалов и установок» (Новосибирск, 2007 г )

Работа выполнялась при поддержке Российского Фонда Фундаментальных Исследований (гранты № 98-02-17903-а, 01-02-16932-а, 03-02-16214-а, 06-08-00128-а)

Публикации

Всего опубликовано 82 печатные работы, в том числе 12 по теме диссертации, из них 4 научные статьи в ведущих изданиях, входящих в перечень, рекомендуемый ВАК РФ, одна научная статья в ведущем зарубежном рецензируемом журнале, 7 докладов в трудах международных научных конференций

Объем и структура работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения Диссертация изложена на 103 страницах основного текста, включая 54 рисунка и список литературы из 86 источников

ОСНОВНОЕ СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ

Во введении показана актуальность темы исследований, указана практическая ценность работы, представлен анализ литературных данных

В первой главе приводится описание экспериментального стенда включающего генератор прямоугольных импульсов напряжения (ГИН) с амплитудой до 100 кВ, генераторы запускающих импульсов амплитудой до 30 кВ, высоковольтную электродную ячейку с оптическими окнами, стационарный и импульсные лазеры, фотоэлектронный умножитель и фотодиод, систему синхронизации и экранированную комнату с регистрирующей аппаратурой (скоростные осциллографы, АЦП)

Глава посвящена отработке методики создания и регистрации долгоживу-щих микропузырьков контролируемого размера в жидкости Для контроля размера инициирующих пузырьков радиуса г = (10-50) мкм и регистрации их деформации использовалась оптическая схема с использованием микроскопа с увеличением на фотопленку в 5-30 раз Пространственное разрешение было не хуже 3-5 мкм

Предложен способ создания пузырьков за счет насыщения жидкости воздухом и локального нагрева ее на поверхности электрода до температуры, близкой к точке кипения При вскипании, образуются паровые пузырьки В пузырьки диффундирует газ, растворенный в жидкости и находящийся в пересыщенном состоянии при повышенной температуре При охлаждении пузырька пар конденсируется, и парогазовый пузырек превращается в чисто газовый пузырек, размером меньшим, чем максимальный размер исходного парового пузырька Затем следует более медленная стадия - диффузионное растворение газового пузырька В экспериментах генерация микропузырьков осуществлялась импульсным (100-500 миллисекунд) нагревом нихромовой проволочки диаметром 0 2 мм током не превышающем 3 А

Показано, что основное влияние на генерацию долгоживущих пузырьков размером 50-100 мкм, оказывает газ, растворенный в жидкости и адсорбированный на поверхности электрода Так, например, в воде пороговый ток появления первых пузырьков в зависимости от степени газосодержания может отличаться в два раза Токовый порог образования пузырьков в перфтортриэти-ламине примерно в три раза ниже, чем в воде, при этом в чистой жидкости пузырьки быстро, менее чем за одну секунду, исчезают После принудительного насыщения жидкости воздухом и придания электроду шероховатости в области максимального поля образовывался, как правило, только один пузырек

На рис 1 приведены экспериментальные результаты по времени растворения г5 пузырьков радиуса г (точки) и расчет (линия) Расчеты проводились в соответствии с выражением (1)

__г2

~ 2 й (С, - С) ' 0)

где Б - коэффициент диффузии газа в жидкость, С5 - растворимость, С - газосодержание Наилучшее соответствие для дистиллированной воды достигалось при 10'5 см2/с и С5-С и 4 10"3 см3/см3, а перфтортриэтиламина при О ~ 10"5 см2/с и С5-С и 10'2 см3/см3 Это означает, что вода была насыщена на 80% от максимального содержания, а перфтортриэтиламин на 95%, т е пузырьки находились в состоянии, близком к равновесному

б

Рис 1 Аппроксимация экспериментальных данных по растворению микропузырьков в отстоянной дистиллированной воде (а) и в перфтортриэтиламине (б)

Из графиков видно, что время жизни пузырька в воде приблизительно 2-10 минут, т е за это время пузырек полностью растворяется в воде В перфтортриэтиламине время жизни значительно меньше, чем в воде и для пузырька диаметром 70 мкм составляет менее 1 минуты, поэтому можно, получив пузырек некоторого размера в нужной области, подождать, пока он не уменьшится до требуемого размера Если нужно увеличить пузырек, то это достигается последовательной подачей импульсов тока

Интервал времени между фотографированием начального пузырька с помощью стационарного источника подсветки и включением импульсного напряжения и импульсного лазера не превышал 5 секунд Зазор между кончиком и-образной нихромовой проволочки диаметром 0 2 мм с радиусом сгиба 0 5 мм и полусферическим высоковольтным электродом диаметром 10 мм составлял 10 мм В исследуемой геометрии межэлектродного промежутка расчетная напряженность электрического поля на поверхности и-образного электрода составляет Еэ « 9 и[кВ] кВ/см и спадает примерно как 1/Я (II - расстояние от центра проволочки)

Вторая глава посвящена поведению пузырьков в сильных электрических полях Напряжение на межэлектродный промежуток поступало от генератора импульсов напряжения с фронтом 0 1-02 мкс и спадом 100 мкс Импульсная подсветка осуществлялась рубиновым лазером ОГМ-40 с длительностью экспозиции = 30 не с регулируемым временем задержки относительно начала импульса напряжения 1Л

На рис 2 приведены фотография динамики микропузырьков начального диаметра 70 мкм в перфтортриэтиламине (е = 1 9) Разницы между катодом и анодом нет Перед отрывом пузырек имеет форму капли Отрыв пузырьков от поверхности электрода при напряжении 30 кВ происходит через 50-60 мкс, а при 85 кВ через 15-20 мкс На поздних стадиях движения оторвавшиеся пузырьки имеют форму, сплюснутую в направлении движения Скорость движения пузырьков v я 0 6 м/с для и = 30 кВ и 1 5 м/с для 85 кВ Из более чем ста

ста измерений, проведенных при напряжении ± 85 кВ, только в одном случае был зафиксирован незавершенный разряд.

ИгИН

а б в г

Рис. 2. Перфтортриэтиламин, U = 30 кВ, а - начальный пузырек для кадра б, б -1„ = 48 мкс (анод), в -1„ = 87мкс (анод), г -1„ = 120 мкс (катод).

В отличие от перфтортриэтиламина, в дистиллированной воде (е = 80) форма оторвавшихся пузырьков аналогичного размера близка к сферической (рис. 3). При напряжении 12 кВ пузырьки отрываются от электрода через 10 мкс, а при 22 кВ через 5 мкс. Оценка скорости движения пузырьков при 22 кВ составляет » 10 м/с, что более чем на порядок превышает скорость в перфтор-триэтиламине. В отсутствии частичных разрядов отрывающийся пузырек так же имеет каплевидную форму.

Рис. 3. Дистиллированная вода, и =22 кВ; а - начальные пузырьки, б - ^ = 10.5 мкс

Движение пузырьков в неоднородном поле происходит под действием ди-электрофоретической силы ={ПЧ)Е, где Э = 47и£авЕг3( 1 -е)/(1+2е) - диполь-ный момент пузырька, г - радиус пузырька. Отличие дипольных моментов пузырька в воде и перфтортриэтиламине составляет два порядка, что соответствует различию в их скоростях. Скорость движения пузырьков удовлетворительно описывается выражением, которое получается при равенстве диэлектрофорети-ческой силы силе сопротивления движения пузырька в жидкости.

Форма пузырыса (сплюснутая в неполярной жидкости и квазисферическая в полярной) определяется, в основном, результатом взаимодействия гидродинамического давления на поверхность движущегося пузырька и воздействия диэлектрофоретичских сил.

С увеличением напряжения качественно изменяется деформация пузырьков. В воде при Еэ 200 кВ/см (II > 22 кВ) начинает происходить перетяжка пузырьков и деление их на две части (рис.4). До перетяжки пузырьки, находящиеся на поверхности электрода, удлиняются в направлении действия электрического поля и уменьшаются в поперечном направлении. Удлинение и сжатие может и достигать 1.5-2 раза относительно начального размера, деформация маленьких пузырьков регистрируется раньше, чем больших. Силы, действующие на пузырек: а) - сила, связанная с разницей диэлектрических проницаемо-стей жидкости и пузырька, которая приводит к некоторому удлинению пузырька в направлении поля и к более значительному сжатию пузырька в поперечном направлении; б) - кулоновская сила, которая вследствие частичных разрядов в пузырьках значительно повышает давление на поверхность пузырька в направлении действия поля.

анод

Рис. 4. и = 30 кВ, а - начальные пузырьки, б - 1:л = 4 мкс (катод), !л = 5 мкс (анод)

Пузырьки, находящиеся на поверхности анода, ведут себя, в основном, подобно катодным пузырькам. Они также удлиняются в направлении поля, скорости удлинения примерно одинаковы, скорости движения оторвавшихся пузырьков также примерно одинаковы. Однако в их поведении имеется, по крайней мере, одно существенное различие. У анодных пузырьков на стадии деления в области, непосредственно примыкающей к электроду, наблюдается резкое расширение в направлении вдоль электрода. Ширина этого образования может до 2 раз превышать диаметр исходного пузырька.

В третьей главе представлены результаты исследований по зажиганию разряда в воде с помощью пузырьков Эксперименты проводились на импульсах напряжения амплитудой ± 80 кВ, фронтом <0 2 мкс и спадом 100 мкс Контроль параметров импульса напряжения осуществлялся калиброванными емкостными и омическими делителями напряжения Импульсная подсветка промежутка осуществлялась лазером ИПЛЭН с длительностью экспозиции ~ 3 не Энергия лазера позволяла экспонировать фотопленку тип 17 при увеличении объекта в 5-6 раз Для подавления избыточной яркости канала разряда в оптический тракт вводился специальный узкополосный фильтр на длину излучения лазера Это дало возможность фоторегистрации процессов, протекающих непосредственно вблизи канала разряда Динамическое пространственное разрешение 5Д, для процессов, протекающих со скоростью звука С = 1 5 103 м/с, составляло 5Д ~ С т„ » 5 мкм

Время запаздывания разряда tp и время лазерной подсветки t;l, отсчитывались от середины фронта напряжения Опыты проводились с пузырьками диаметром 50-70 мкм

Катодное зажигание разряда

Статистическая обработка экспериментальных данных показала, что при наличии микропузырьков время формирования разряда составило и 21 мкс, а среднее время статистического запаздывания tc ~ 22 мкс Средняя скорость распространения разряда не превышала Уф =<1Лф и 500 м/с Без пузырьков пробой, как правило, не происходил

Временная последовательность процессов, протекающих на катоде, приведена на рис 5

а - исходные пузырьки для кадра б,

б -1„ = 0 25 мкс, меньший пузырек удлинен, на поверхности большего начинает вырастать отдельная ветвь,

в -1„ = 0 65 мкс, отдельный пузырек, диаметром d и 75 мкм приобретает «грибовидную» форму, из «шляпки» прорастает основная ветвь с диаметром у основания <15 мкм, состоящая из двух ветвей диаметром я 15 мкм, длиной 60-80 мкм с расстоянием между ними и 25 мкм, скорость распространения ветвей, составляет я 120-160 м/с и со временем возрастает,

г - t„ = 0 8 мкс, пузырек имеет законченную «грибовидную» форму, из шляпки растут три ветви, радиальное сжатие пузырька при этом составляет « 40 м/с, д - tj, = 1 0 мкс, из нескольких пузырьков ветви перерастают в «кусты», то есть происходит параллельное развитие предразрядных процессов, уменьшение диаметра ножки основания может достигать 10-15 мкм,

е - t„ = 1 5 мкс "куст" продолжается ветвями с размерами, аналогичными кадру г

/Ч < а X б в

I лД А 1 1 г [д |е

Рис. 5. Катод, и = 80 кВ

Анодное зажигание разряда

При разряде с анода в случае наличия микропузырьков среднее время статистического запаздывания = 0.5 мкс, а формирования 1ф =1.1 мкс, то есть Уф =(1Лф «10 км/с. В отсутствие видимых микропузырьков обе составляющие увеличились ^ ~ 2.4 мкс, а {ф и 1.8 мкс.

Временная последовательность процессов, протекающих на аноде, приведена на рис. 6:

а - исходный пузырек для кадра б;

б - 1:л = 0.45 мкс, пузырек удлиняется вдоль поля, уменьшаясь в поперечном направлении, светлая полоска - интегральное свечение анодного канала разряда, время разряда ^ = 1.2 мкс;

в - 1:„ = 1.0 мкс, веер сверхзвуковых стримеров толщиной -5-10 мкм вылетает из кончика пузырька со скоростью более чем v ~ 2 км/с на расстояние до 600 мкм, Гр = 1.3 мкс;

г - = 1.2 мкс, стримеры заполняют собой полусферу, расстояние между их кончиками составляет 40-^60 мкм, а общее их количество около сотни, образование стримеров сопровождается ударными волнами, центром которых является то же место, что и место зарождения стримеров, т.е. кончик пузырька, = 1.4 мкс;

д - 1Я = 1.5 мкс, исчезновение первого веера стримеров, возникновение следующего веера длиной ~ 1.5 мм, толщиной ~ 20-30 мкм, количество несколько десятков, главный разряд развивается по одному из них и сопровождается

мощной ударной волной, = 1.5 мкс, скорость распространения главного разряда согласно данным кадра г порядка с1/(гр - 1:л) и 50 км/с; е - 1:л =1.7 мкс послепробойная гидродинамика, 1Р = 1.2 мкс.

Рис. 6. Анод, и = 80 кВ

На начальной стадии, до 0.4-Ю.5 мкс, анодные и катодные пузырьки удлиняются вдоль поля, уменьшаясь в поперечном направлении. К 0.7-И мкс катодный пузырек приобретает характерную грибообразную форму, а анодный пузырек увеличивается во всех направлениях. При наличии нескольких пузырьков катодные стримеры растут практически из всех пузырьков, а анодные из одного пузырька критического размера. Объясняется это тем, что появление эффективного электрона, который приводит к пробою в условиях воздействия коротких импульсов напряжения, значительно легче осуществляется в катодном пузырьке вследствие высокой напряженности электрического поля на металлическом электроде. В анодном пузырьке электрон, который может привести к ионизационным процессам, должен появиться в объеме пузырька, либо на его границе при достаточном удалении от поверхности электрода. Отсутствие интенсивного источника электронов приводит к более позднему появлению эффективного электрона, когда напряженность поля уже достаточна для преобразования электронной лавины в стример. Если считать стример проводящим цилиндром, то усиление поля перед ним может превысить 10 МВ/см. Это много больше внешней напряженности поля, тем самым можно объяснить, почему первичные стримеры распределены достаточно однородно по углу, в том числе часть стримеров распространяется параллельно поверхности электрода (рис. 6 в,

г).

Из того факта, что в момент свечения разряда с анода его можно зарегистрировать (светящаяся полоса на рис.6 б, в, г, рис.7 а), следует, что в отличии от катода либо все анодные стримерные зоны оптически прозрачны, либо они исчезают к моменту замыкания каналом разрядного промежутка. Предпробивные процессы в отсутствии пузырьков.

На аноде (рис. 7) происходит рост темных образований с формой аналогичной основанию перетянутого пузырька (см. рис. 4.6). Наиболее удлиненное образование продуцирует разряд, 1р = 6 мкс.

| ! ЛА УЧ

а б в !

Рис. 7. Характерные кадры предпробивных явлений в отсутствие видимых пузырьков, а - анод = 4 мкс, б, в - катод 1„ = 1.1 мкс и 1л = 2.8 мкс соответственно.

Катодные образования на начальной стадии имеют форму пузырьков, вытянутых в направлении поля. В дальнейшем на поверхности катода регистрируются "кусты" по форме близкой к возмущениям, регистрируемым при инициировании разряда пузырьками. Однако скорость их распространения меньше (см. рис. 8) и спустя некоторое время происходит их остановка.

225С 2000 1750 150С 1 125С 100С " 750 50С 25С

-■-в

/

/

/1 1/

■ /

^ мкс

Рис. 8. Зависимость максимальной длины катодного «куста» - Ь от времени - I (В - с пузырьками, Б - без пузырьков).

Время катодного инициирования разряда мало по сравнению со временем

его развития. Следовательно, в больших межэлектродных промежутках, характерных для импульсных накопителей энергии, важную роль играет стадия распространения катодного разряда. Слабое изменение скорости распространения катодного образования по мере продвижения в область пониженной напряженности электрического поля свидетельствует об усилении локальной напряженности электрического поля на его фронте. Значение напряженности электрического поля в воде можно непосредственно измерить с помощью электрооптического эффекта Керра. Поэтому представляется целесообразным проведение экспериментов по исследованию предпробойных катодных процессов электрооптическим методом в однородном поле.

В четвертой главе приводятся результаты оптических и электрооптических исследований предпробойных катодных процессов в квазиоднородном поле на импульсах напряжения, моделирующих цикл заряд-разряд емкостного накопителя энергии. Электрооптические измерения проводились введением в оптический тракт скрещенных поляризаторов. Для формирования импульса использовался ГИН с амплитудой напряжения до 500 кВ и резистивно-емкостной формирователь импульсов с управляемым срезающим разрядником. Длительность фронта составлял = 1 мкс, спада =0.1 мкс, общая длительность «2 мкс. Деионизованная вода с удельным сопротивлением ~10 МОм-см поступала в ячейку из замкнутого контура установки очистки воды. Расстояние между электродами диаметром 50 мм, изготовленными из нержавеющей стали, составляло 3-5 мм. Оптическая регистрация осуществлялась как теневым методом, так и с помощью эффекта Керра за 0.1 мкс до среза напряжения на цифровом фотоаппарате с пространственным разрешением 10-15 мкм. Для подсветки использовался полупроводниковый лазер с длиной волны \=0,61 мкм, энергией 10-К20 мДж и длительностью импульса на полувысоте 3 не. Для контроля средней напряженности поля применялся Не-Ые лазер с фотоэлектронным умножителем. Измерения проводились методом ступенчатого 10%-го повышения напряжения, начиная с 300 кВ/см, в сериях из 10-15 измерений.

а б

■4-► 300 мкм

Рис. 9. и = 150кВ, с1 = 4мм; а - д, теневые фотографии, е - Керрограмма

На полированных электродах первые оптические неоднородности размером от нескольких десятков до нескольких сотен микрометров наблюдаются на

катоде при Ек > 380 kB/см На рис 9 приведена подборка теневых фотографий, расположенных по мере возрастания размера катодных образований а - на поверхности катода регистрируется оптическая неоднородность, сужающаяся к аноду с характерным размером <50 мкм,

б - неоднородность вытягивается над катодом, связь с поверхностью катода меньше разрешения матрицы фотоаппарата (<10 мкм),

в - регистрируется связь с катодом каналом «15 мкм, появляется боковое ответвление от вершины неоднородности,

г - формируется характерное катодное образование, которое затем, увеличиваясь в размерах, сохраняет свою форму,

д - перед «кустами» высотой > 102 мкм регистрируются сферические возмущения плотности с эпицентром, расположенным над катодом, что свидетельствует

0 дозвуковой скорости роста куста

Последовательность и структура катодных возмущений аналогична разряду, инициируемому микропузырьками

На рис 9д и 9е приведены катодные возмущения примерно одинакового размера В отличие от теневой фотографии (д) на керрограмме (е) четко регистрируются два потемнения перед оптически плотным катодным возмущением Первое потемнение примерно совпадает в случае теневого метода и эффекта Керра Второе от куста потемнение связано с усилением напряженности электрического поля Е* Для набега фаз я Bk jE2dx= я/2 (х - направление от оси межэлектродного промежутка), что близко к экспериментальным условиям, его значение Е можно оценить по упрощенной формуле

Е* =-Е + (Е2 + k/BkR)1/2, (2)

где Вк = 2,6 10"'2 см/В2 постоянная Керра, R - характерный продольный размер потемнения, определяемый фотометрированием, кя - набег фаз Для R и 250 мкм и сдвига фазы на л/2 усиленное поле составляет Е* и (1/2 Вк R)"2 « 2 4 MB/см Заряд Q, создающий такую напряженность поля, равен Q и 47iee0R2E ю

1 5 107 К Полагая, что потенциал катода U выносится в область куста, оценим характерный размер г этой области из условия С » Q/U ~ 4яее0г Для U = 150 кВ, С ю 10'12 Ф, а г и 102 мкм, что не превышает размеров куста Для сдвига фаз Зл/2 - следующая темная полоса, оцениваемая из соотношения Q я 47ieeoR2E(z) = 4^EEoRJ(k/BkR)"2 дает значение R » 180 мкм, что соответствует интенсивному потемнению и значению напряженности электрического поля на кончиках ветвей к 10 MB/см Отметим, что электрооптические возмущения перед катодным образованием были зарегистрированы и на более ранних стадиях его прорастания

С повышением напряженности поля размер катодных неоднородностей возрастал, но при Е = 475 кВ/см происходил пробой с анода Повреждение поверхности электродов пробоями, создающими кратеры диаметром «3 102 мкм, приводило к уменьшению электрической прочности воды до Е <300 кВ/см

Опыты, проведенные без включения срезающего разрядника, показали, что при малых временах запаздывания разряда пробой происходит с анода, а при больших временах разряд инициируется катодными процессами (см. рис. 10). При катодном пробое за несколько сотен наносекунд до начала спада напряжения 1Р регистрируется протекание тока амплитудой 1 -2 А.

Рис. 10. Е =300 кВ/см, (1 = 5 мм; а - 1Р = 1.7 мкс., 1л = 1.85 мкс, б - ¡Р = 7.6 мкс, 1:л = 6.6 мкс, в - увеличенный фрагмент б.

Граница катодного куста образована отдельными ветками диаметром 20-30 мкм и длиной < 10"2 мкм. Эти ветки переходят в более толстые образования длиной < 350 мкм, основанием которых является оптически непрозрачное ядро куста.

Механизм продвижения катодного образования может быть связан с многолавинным развитием разряда в парогазовых пузырьках. Электроны термализу-ются в жидкости и создают поверхностно заряженный слой. Заряженная поверхность в электрическом поле нестабильна и испытывает мелкомасштабные возмущения с длиной волны Х> 4-тг-а/е0 е-Е2. Образование неустойчивости приводит к деформированию поверхности пузырька. Это инициирует ее продвижение. Поверхностный заряд движется в продольном поле и расталкивается в поперечном, поэтому возмущения вырастают как в продольном направлении до

размеров » 50-100 мкм, так и в поперечном до к 10 мкм Заполнены они, по-видимому, парогазовой смесью Когда характерный размер станет много больше длины волны неустойчивости X на его поверхности возможна генерация новых возмущений Каждая ветвь делится на серии новых ветвей, при этом часть ветвей прекращает свое развитие вследствие экранировки другими ветвями Таким образом, происходит самоповторяющийся процесс развития разряда Полагая, что движение ветви происходит вследствие электрогидродинамического течения, можно оценить скорость их распространения V из соотношения

р V2/2 « а е Е0 Е*2/2, (3)

а характеризует параметры тормозящих сил - поверхностного натяжения и вязкости Для Е* ~ 10 МВ/см и а ~ 0 1-0 9 получаем V » 300-900 м/с Это значение не противоречит экспериментальным данным V » 500-600 м/с

Заключение

Проведены экспериментальные исследования предпробивных процессов в воде с приэлектродными пузырьками в микросекундном диапазоне Основные результаты

1 Разработана простая методика создания долгоживущих микропузырьков контролируемого размера в жидкости,

2 В предпробивных полях зарегистрирован "эффект полярности" в поведении анодных и катодных пузырьков в воде и его отсутствие в перфтортриэтиламине,

3 Наличие пузырьков на поверхности электрода приводит к более быстрому начальному инициированию катодных процессов, однако, вследствие их малой скорости распространения, разряд раньше развивается с анода,

4 Развитие разряда в катодных пузырьках протекает в многолавинной форме, а в анодных в стримерной,

5 Анодное зажигание происходит при росте пузырька до критического размера и сопровождается веером сверхзвуковых стримеров и ударной волной с центром на поверхности пузырька,

6 Катодные процессы при наличии пузырьков и их отсутствии в однородном и неоднородном поле развиваются с дозвуковой скоростью, измеренное усиление поля на катодных неоднородностях достигает 10 МВ/см,

7 Предложен механизм электрогидродинамического развития разряда с катода, заключающийся в развитии неустойчивости заряженного слоя жидкости вследствие частичных разрядов в парогазовой фазе

Основные публикации по теме диссертации

1 Мелехов ABO роли пузырьков в зажигании импульсного электрического пробоя /СМ Коробейников, А В Мелехов, Ю Н Синих, В М Антонов, В Г Посух // Материалы IX Международной научной школы «Физика импульсных разрядов в конденсированных средах», Николаев, 1999 - С 15-17

2 Melekhov A V Behavior of artificial bubbles in water at strong electric fields / S M Korobeynikov, A V Melekhov, V G Posukh, V M Antonov, Yu N Sinikh // Proc of the 2 Int Workshop on Electrical Conduction, Convection, and Breakdown in Fluids, Grenoble, France, 2000 - P 99-102 [Поведение пузырьков в воде в сильных электрических полях]

3 Melekhov А V Deformation and motion of bubbles at action of strong fields / S M Korobeynikov, A V Melekhov, V G Posukh, V M Antonov, Yu N Sinikh // Proc of the 6 Int Conf Modern Problems of Electrophysics and Electrohydrodynam-ics of Liquids, Sankt Petersburg, SpBU, 2000 - P 187-190 [Деформация и движение пузырьков под действием сильного электрического поля]

4 Мелехов А В Поведение пузырьков в жидкостях под действием сильных электрических полей и зажигание разряда с их помощью /СМ Коробейников, А В Мелехов //Материалы X Международной научной школы «Физика импульсных разрядов в конденсированных средах» Николаев, 2001 - С 3-5

5 Мелехов А В Экспериментальные исследования поведения пузырьков в воде /СМ Коробейников, А В Мелехов, В Г Посух, В М Антонов, М Э Рояк // Теплофизика высоких температур -2001 - Т 39 -№2 -С 163-168

6 Мелехов А В Влияние сильных электрических полей на поведение пузырьков в воде /СМ Коробейников, А В Мелехов, Ю Н Синих, Ю Г Соловейчик //Теплофизика высоких температур -2001 -Т39 - №3 -С 395-399

7 Мелехов А В Поведение пузырьков в перфтортриэтиламине под действием сильных электрических полей /СМ Коробейников, А В Мелехов, К Б Ганен-ко //Теплофизика высоких температур -2001 -Т39 - №6 - С 885-889

8 Мелехов А В Зажигание разряда в воде с помощью пузырьков /СМ Коробейников, А В Мелехов, А С Бесов // Теплофизика высоких температур - №5, 2002, С 706-713 Теплофизика высоких температур-2002 -Т40 -№5 - С 706713

9 Melekhov А V Microbubbles and breakdown initiation in water / S M Korobeynikov, A V Melekhov //Proc oftheHInt Conference on Dielectric Liquid, 7-12 July, Graz, Austria, 2002 - P 127-131 [Инициирование разряда в воде микропузырьками]

10 Melekhov А V Mechanism of surface charge creation due to image forces / S M Korobeynikov, A V Melekhov, G G Funn, V P Charalambakos, D P Agons // J Phys D Appl Phys -2002 -V 35 -№11 -P 1193-1196 [Механизм образования поверхностного заряда при помощи сил изображения]

11 Мелехов А В Исследование предпробойных катодных процессов в дистиллированной воде /СМ Коробейников, А В Мелехов, В Г Посух, А Г Поно-маренко, ЭЛ Бояринцев, ВМ Антонов // Материалы 13 Межд школы-семинара «Физика импульсных разрядов в конденсированных средах», Николаев, 2007 - С 11-13

12 Melekhov А V Optical studies of prebreakdown cathode processes in deionized water / S M Korobeynikov, A V Melekhov, V G Posukh, A G Ponomarenko, E L Boyarintsev, V M Antonov // Proc of the 16 Int Conference on Dielectric Liquid, 30 June-03 July, 2008, Poitiers, France - P 102-104 [Оптические исследования предпробойных катодных процессов в деионизованной воде]

Отпечатано в типографии Новосибирского государственного технического университета 630092, г Новосибирск, пр К Маркса, 20, тел/факс (383) 346-08-57 формат 60 X 84/16 объем 1 25 п л , тираж 100 экз заказ №1355 подписано в печать 03 10 08г

Введение.

Глава 1. Генерация долгоживущих микропузырьков регулируемого размера

1.1. Постановка эксперимента.

1.2. Экспериментальная установка и методы измерения

1.3. Генерация микропузырьков

Выводы по главе 1.

Глава 2. Поведение воздушных пузырьков в дистиллированной воде и в перфтотриэтиламине в предпробивных электрических полях.

2.1. Методика проведения экспериментов.

2.2.Форма и поведение пузырьков в перфтортриэтиламине

2.3. Форма и поведение катодных пузырьков в воде.

2.4. Форма и поведение анодных пузырьков в воде.

2.5. Анализ полученных результатов

Выводы по главе 2.

Глава 3. Зажигание разряда в воде с помощью пузырьков

3.1. Методика проведения экспериментов

3.2. Катодное зажигание разряда.

3.3. Анодное зажигание разряда

3.4. Анализ полученных результатов

Выводы по главе 3.

Глава 4. Оптические и электрооптические исследования предпробойных катодных процессов в деионизованной воде

4.1. Постановка эксперимента.

4.2. Экспериментальная установка и методы исследования.

4.3. Электрическая прочность.

4.4. Катодные процессы. . . . . 83 4.5 Анализ полученных результатов. . . . . . .88 Выводы по главе 4.

Актуальность работы

Интенсивное использование жидких диэлектриков в технике высоких напряжений требует всестороннего изучения процессов, протекающих в них при электрических разрядах. Несмотря на важность полученных ранее результатов [1-4], единой теории развития разряда в жидких диэлектриках, в настоящее время, не существует, поскольку процесс развития разряда включает в себя элементы как «пузырькового», так и ионизационного механизмов пробоя.

Появление моделей, связанных с зарождением в жидкости парогазовой фазы, позволяет объяснить на качественном уровне зависимость импульсной электрической прочности от давления и температуры. Критерии пробоя основаны на появлении пузырьков за счет кипения жидкости при протекании тока [5], либо за счет кавитации под действием электростатических [6] или кулоновских сил [7]. Кроме того, в жидкости существуют микропузырьки еще до воздействия напряжения [8]. Газовая фаза может состоять из воздуха и других газов, появившихся в жидкости в результате производства, хранения и эксплуатации. Наличие микрорельефа на поверхности электродов, а именно, пор и выступов, способствует образованию стабильных микропузырьков [9], поэтому в обычных условиях электротехнических экспериментов пузырьки микронных размеров всегда присутствуют на электродах и могут приводить к инициированию разряда [10]. Ясно, что в высоковольтных устройствах наличие пузырьков газа на поверхности электродов и изоляторов создает условия для развития первичных ионизационных процессов и приводит к снижению рабочего напряжения [11,12].

Таким образом, наличие микропузырьков в жидкостях или их генерация под действием электрического поля не вызывает сомнения. В отсутствии инициирующих процессов (сфокусированное лазерное или ультразвуковое излучение в объеме межэлектродного промежутка), бесспорным является факт зарождения электрического пробоя вблизи поверхности электродов [4]. Это дает возможность выделить, по крайней мере, две стадии в механизме развития разряда. Первая - приэлектродная, благодаря чему появляются области с повышенной электропроводностью и вторая - в объеме промежутка. Для исследования разряда очень важно изучение первой фазы, поскольку она является инициирующим фактором развития пробоя жидкого диэлектрика.

Отдельные, качественные опыты по влиянию пузырьков на развитие электрического разряда в жидкости достаточно противоречивы [2] и не могут объяснить процессы инициирования пузырькового разряда. Поэтому, для уточнения степени влияния пузырьков на импульсную электрическую прочность жидких диэлектриков, возникает необходимость экспериментального исследования динамики их поведения в сильных электрических полях, а так же развития ионизационных процессов в пузырьках и их переходе в жидкость.

Особое место среди жидких полярных диэлектриков занимает дистиллированная вода (относительная диэлектрическая постоянная г = 80, она неизменна до частот 1 ГГц), интенсивно используемая в высоковольтных импульсных накопителях и коммутаторах энергии [3,11-15]. В мощных импульсных накопителях энергии цикл заряд-разряд длится около микросекунды, практическая напряженность поля составляет сотни киловольт на сантиметр [13,14]. Характерные размеры пузырьков, приводящих к пробою в таких системах должны составлять десятки микрометров. Поведение пузырька под действием электрического поля может меняться в зависимости от диэлектрической проницаемости жидкости, в которой он находится. Поэтому необходимо исследовать его поведение в случае неполярной жидкости. Для сравнения результатов, в качестве неполярной жидкости был выбран перфтортриэтиламин (е = 1.9), обладающий высокими электрофизическими и теплотехническими характеристиками [16-18].

Исследование поведения пузырьков в сильных полях важно для маслонаполненного электрооборудования, электрогидравлических и электрогидродинамических преобразователей и т.п., а также для экспериментальной проверки теоретических представлений «пузырьковых» моделей разряда.

Анализ литературных данных о роли пузырьков в инициировании импульсного электрического разряда в жидкостях

Многообразие физических процессов, протекающих при пробое жидкостей, не позволяет сделать полный охват этих явлений. Экспериментальные данные, полученные в разных условиях, даже могут противоречить друг другу (обычно влияние состояния поверхности электродов и примесей в жидкостях не учитываются). Гидростатическое давление не приводит, к какому либо значительному изменению плотности или движению зарядов в ранее не сжатой жидкости. Поэтому, модели, базирующие на электронном возбуждении межмолекулярных колебаний и ударной ионизации в жидкостях [1,2], не могут объяснить того факта, что прочность жидкости в микросекундном диапазоне экспозиций напряжения зависит от гидростатического давления [3,4].

Влияние давления свидетельствует о том, что критическая стадия процессов зажигания разряда связана с изменением фазового состояния жидкости, приводящего к формированию парогазовых пузырьков. Предполагается, что сформировавшийся пузырек вытягивается в направлении приложенного поля электростатическими силами и, достигнув определенного размера, пробивается в результате ударной ионизации. Необходимо отметить, что главное отличие между ионизационными и пузырьковыми моделями лежит во временном различии явлений, предшествующих пробою. В первом случае ионизация и рост тока начинаются непосредственно в жидкости, во втором - в парогазовой фазе, которая создается при воздействии электрических полей, после чего разряд переходит в жидкость. Этот порядок явлений существенен для критерия пробоя.

Согласно термическому механизму [5], паровые пузырьки генерируются при нагреве жидкости вследствие протекания тока с электродных неоднородностей. Повышение давления в жидкости приводит к увеличению температуры кипения. Подгонкой параметров было получено хорошее согласие с экспериментальными результатами [19]. Авторы гипотезы провели специальные опыты по измерению импульсной прочности н-гексана в окрестности критической точки, как в жидкой, так и в паровой фазе [20]. Изменения в электрической прочности при переходе от пара к жидкому состоянию не было обнаружено. Во время измерений вблизи критической точки наблюдалось много пузырьков в жидкости, которые не сказывались на понижении ее прочности. Объяснялось это тем, что при повышенных давлениях и температурах пузырьки имеют высокую электрическую прочность [21].

В работе [6] был предложен кавитационный механизм генерации пузырьков и показано, что зависимость электрической прочности от давления [19] содержится в пределе теоретических оценок. Дальнейшее развитие кавитационная модель получила в работе [7], где было учтено стрикционное давление и инжекция зарядов с микроострий на поверхности катода. «Хорошее» согласие с экспериментальными данными как термических, так и кавитационных моделей связано с вариацией параметров начальных значений, что лишний раз подтверждает многообразие явлений протекающих при разряде в жидкостях.

Так же существуют модели инициирования разряда в пузырьках, предварительно существующих на электродах [10]. Возможность существования парогазовой фазы в жидкости важна тем, что электрическая прочность газов существенно меньше, чем конденсированных диэлектриков. Наличие газа в жидкости может создать условия для развития первичных ионизационных процессов, являющихся «триггерным» механизмом развития разряда в жидких диэлектриках. Газовая фаза может состоять из воздуха и других газов, образующихся в результате производства, хранения и эксплуатации жидкости. Следует отметить, что в опытах по вскипанию и кавитации экспериментальные данные порога появления пузырьков не достигают теоретической «прочности» жидкости [9, 22], что указывает именно на существование очагов газообразования.

Существует несколько моделей статической устойчивости пузырька, например [23], при адсорбировании пузырьком поверхностно активных веществ образуется каркас, препятствующий сжатию, но не расширению. В работе [24] предполагается, что часть молекул жидкости образуют простейшую кристаллическую решетку. Тепловое движение элементарных кристаллических образований приводит к появлению зародышей парогазовых пузырьков, которые, под действием электрического поля, могут вырастать до макроскопических размеров в результате электронного умножения, диссоциации молекул или фотоионизации. В работе так же указывается на влияние микропримесей и, что более важно, поверхности электродов на паро и газообразование, как в жидкости, так и в твердом теле.

В работе [25] экспериментально показано, что для импульсов наносекундного диапазона оптический пробой в воде инициируется растворенным в ней газом в результате образования бабстонных кластеров, играющих роль гетерогенных центров пробоя. Бабстон (bubble, stabilized by ions) является стабильным газовым пузырьком в жидкости, имеющем ионную проводимость и находящимся в равновесии с внешней средой. По оценкам авторов, радиус бабстона в воде равен 14 нм. Показано, что при механической устойчивости возникает и диффузионное равновесие между растворенным газом и свободным газом внутри бабстона. Отмечается, что бабстоны способны к коагуляции с образованием кластеров размером 1-И.5 мкм. При

О О интенсивности лазерного излучения -10 Вт/см (среднеквадратичное поле волны Е = 0.6 MB/см) дегазация воды приводила к уменьшению вероятности оптического пробоя, но при приближении давления к давлению насыщенного пара Psat = 17.5 Topp вероятность пробоя резко возрастала. Этот факт объяснялся тем, что при Р = Psat жидкость находится в точке кипения и на оставшихся в ней гетерогенных центрах парообразования происходит интенсивное вскипание пузырьков, на которых происходит оптический пробой.

Паровое происхождение оптического пробоя авторы так же связывают с тем, что при повышении температуры выше Т = 97° С происходит резкое возрастание вероятности пробоя воды.

Инициирование оптического пробоя в воде объясняется растворенным в ней газом. Очистив гелием воду от долгоживущих гидратов и повысив интенсивности излучения до 1012 Вт/см2 (среднеквадратичное поле волны Е = 19 МВ/см) оптический пробой получить не удалось. В экспериментах по акустической кавитации в глубоко очищенной воде так же подтверждается присутствие бабстонов [22].

Реальные жидкости содержат микронеоднородности в виде микропузырьков свободного газа, твердых микрочастиц и их комбинаций. Согласно экспериментальным данным [8], в образце дистиллированной воды плотность стационарных микропузырьков в единице объема составляет порядка 104 см"3 при характерном размере 1.5 мкм, а общая плотность микрочастиц

6 -3 около 10 см" . Металлические электроды, используемые в экспериментах, содержат достаточно много газа, как внутри металла, так и на его поверхности [26]. Выделенные места электрода могут являться центрами образования микроскопических пузырьков. Однако наличие микропузырька не является критерием пробоя. Из экспериментальных данных по пробою малых промежутков в воздухе [1,27] следует, что пробой микронных промежутков происходит при напряженности электрического поля Е « 1 МВ/см, что не всегда реализуется в жидких диэлектриках. Следовательно, в случае пузырькового механизма пробоя, необходимо вытягивание пузырька вдоль поля для снижения напряженности зажигания разряда.

Определение степени влияния давления и температуры на импульсную электрическую прочность жидкостей имеет существенное значение для понимания механизма развития разряда, который связывают, как правило, с изменением условий газообразования в жидкости. В работе [19] исследовалось влияние гидростатического давления и температуры на импульсную электрическую прочность большого числа жидкостей, включая н-гексан и минеральное масло в однородном поле. Измерения проводились на прямоугольных импульсах напряжения длительностью от 1 мкс до 1 мс, причем данные получались при единичных пробоях на свежеприготовленных электродах и жидкостях. Импульсная прочность повышалась с давлением ~ Р1/9 и понижалась с ростом температуры жидкости даже при импульсах напряжения длительностью 1 мкс. В работе [28] отмечено повышение электрической прочности трансформаторного масла и воды с ростом давления в системе электродов острие-плоскость. При импульсной напряженности поля Е = 50 кВ/мм время запаздывания разряда в деионизованной воде, в квазиоднородном поле увеличивалось с 50ч-100 наносекунд до 10-^-20 микросекунд с изменением давления от 0.3 до 10 МПА [29].

Таким образом, можно заключить, что, по крайней мере, при временах воздействия напряжения более микросекунды, импульсная прочность жидкостей существенным образом зависит от давления. В работе [30] показано, что прочность дегазированного н-гексана на постоянном напряжении падала с понижением давления ниже атмосферного, что связывалось с газом, адсорбированным на электродах. Полное удаление адсорбированного газа требует интенсивных методов, встречает определенные трудности, и в большинстве экспериментов не проводилось. Более слабая зависимость импульсной прочности жидких диэлектриков от температуры свидетельствует о достаточно большом числе гетерогенных центров при проведении экспериментов.

Статистическая теория импульсного пробоя в жидкостях Варда и Льюиса [31] не предназначена для объяснения действительных механизмов разряда, но придает большое значение тому факту, что результаты измерений необходимо оценивать на статистической основе. Следует отметить, что сравнение пробивной напряженности электрического поля в разных экспериментах гораздо хуже отражает «одинаковость» процессов развития разряда, чем данные, полученные при сходных временах запаздывания разряда 1р. Представляя время запаздывания разряда 1р в виде суммы времени статистического запаздывания tc и времени формирования разряда t,j,, молено оценить влияние внешних факторов на механизм инициирования разряда. Время статистического запаздывания tc зависит от локальной напряженности поля вблизи электрода, его материала и от условий проведения экспериментов. Время формирования разряда t,j, должно зависеть от свойств жидкости и, возможно, от скорости приэлектродных процессов.

Статистические исследования зависимости времен запаздывания разряда в воде от внешнего давления [4] показывают, что повышение давления с 0.1 МПа до 0.75 МПа приводит к увеличению t,j, со 154 не до 180 не, a tc с 75 не до 225 не (в три раза). Сильная зависимость времени статистического запаздывания от давления указывает на важную роль процессов образования пузырьков на стадии зажигания разряда. Аналогичные результаты были получены в н-гексане [33]. В диапазоне 1.3-И.7 МВ/см пробивная напряженность возрастала с увеличением давления до 1 МПа, а в наносекундном диапазоне длительности напряжения (Е > 1.9 МВ/см) время запаздывания пробоя увеличивалось, затем выходило на насыщение и даже несколько падало.

Сравнение с оптическими измерениями показывает, что внешнее давление влияет, прежде всего, на зарождение и развитие оптических неоднородностей вблизи поверхности электродов. Применение сверхбыстрых оптических методов регистрации быстропротекающих процессов позволило установить ряд важных закономерностей в развитии электрического разряда. Так в работе [29] было показано, что в дистиллированной воде при временах запаздывания л разряда ~ 10 наносекунд разряд развивается с анода. Развитие разряда начинается со скоростей ~ 103-f-104 м/с и завершается развитием быстрых ионизационных процессов со скоростью ~ 105-г10б м/с. Формирование разряда сопровождается выделением энергии, достаточной для генерации ударной волны. Характерный размер области выделения энергии [34] составляет ~ 10"3 см, а величина плотности энергии превышает 103 Дж/см3.

При микросекундных временах пробоя возможно формирование разряда с катода. В работе [35] методом интерферометрической скоростной фотохронографии исследовались пространственно-временные характеристики предразрядных процессов в слабонеоднородном поле (Емакс/Ешш = 2) в микросекундном диапазоне (Е = ЮСк-200 кВ/см). При подаче импульса напряжения в волновом режиме начинался процесс установления электрострикционного давления. Максимум давления находился возле электродов, т.е. в области максимальной напряженности поля. Перед фронтом волн, распространявшихся со скоростью звука от электродов, имелись области пониженного давления (разрежения). Спустя некоторое время в прикатодной области наблюдалось искажение электрического поля и развитие непрозрачных зон интенсивных возмущений, развивающихся к аноду со скоростью звука и заканчивающихся пробоем при достижении ими анода (канал разряда всегда развивался с анода со скоростями 105 м/с).

Уменьшение локальной напряженности электрического поля вблизи электродных микронеоднородностей, с которых начинается инициирование электрического разряда, возможно формированием диффузионных проводящих слоев. Создание диффузного проводящего слоя вблизи анода приводит к двукратному повышению электрической прочности воды, а вблизи обоих электродов к четырехкратному [36].

Исследование распределения предпробивных электрических полей в воде с помощью эффекта Керра в плоском промежутке при Е = 1.2 МВ/см показало, что поле остается однородным вплоть до электрического пробоя промежутка за времена ~ 102 наносекунд [37].

В неоднородном электрическом поле предпробивные явления локализованы в определенной области пространства и протекают со сравнительно небольшими скоростями, что удобно при их регистрации. В работе [38] было показано, что предпробивные явления в случае отрицательного острия сопровождаются ударной волной, скорость которой превышает скорость звука в жидкости. В дальнейших работах [39,40] было подтверждено это явление для отрицательной полярности острия и показано, что в случае положительной полярности, сферическое возмущение плотности может развиваться со скоростью в несколько раз превышающей скорость звука в жидкости. При отрицательном острие за фронтом ударной волны росли волокнистые возмущения со скоростью, не превышающей скорость ударной волны. При диссипации ударной волны основного возмущения на концах веточек генерировались вторичные ударные волны. В случае положительного острия вначале радиально распространялось волокнистое изменения плотности, которое затем сопровождалось сильной ударной волной. Форма растущего возмущения от положительного острия имеет более волокнистую структуру, чем от отрицательного острия. Необходимо отметить, что при прочих равных условиях, первичные возмущения плотности в жидкости, регистрируемые шлирен-методом, вначале появляются вблизи отрицательного острия [38-41]. Однако средняя скорость распространения возмущений в направлении плоского электрода при положительной полярности значительно выше. Скорость положительного возмущения слабо меняется по длине промежутка, а отрицательного имеет ярко выраженный ступенчатый характер [41]. При малом напряжении развитие отрицательного возмущения может остановиться на первом шаге, в то время как положительное всегда доходит до плоскости, если протекают начальные инициирующие явления.

С помощью сверхскоростной многокадровой лазерной шлирен системы [42] в системе электродов острие-плоскость, с радиусом закругления острия г « 50-г100 мкм, было установлено, что с острийного анода развитие первичных каналов сопровождается фазовым переходом, возникновением микропузырьков и их гидродинамическим расширением. Скорость развития первичных каналов ~ 3-105 см/с. При увеличении напряженности поля до Е ~ 2 МВ/см регистрировались разряды, развивающиеся сразу с большой скоростью > 5-Ю6 см/с. У острийного катода структура каналов в воде и трансформаторном масле одинакова, что указывает на их развитие в парогазовой фазе.

В работе [43] приводятся данные об инжекции зарядов и нарушении фазовой однородности в жидких диэлектриках. Оптические измерения проводились в нитробензоле с помощью эффекта Керра в системе электродов острие-плоскость с радиусом закругления электрода г = 300 мкм (и = 150 кВ, 1р ~ 1 мкс). Покадровая съемка показала, что инжектируемый объемный заряд квазиравномерно окружает вершину катода, а в случае острийного анода инжекция происходит из локальных центров на его поверхности. Зарегистрированные в экспериментах пузырьки находились в зоне повышенной эмиссии электродов. Если в пузырьках не развивались ионизационные процессы, то они либо растворялись в жидкости, либо выталкивались из приэлектродной области. Время растворения малоподвижных пузырьков меньше 10 мкс, а движущихся около 50 мкс. Скорости пузырьков близки к скоростям инжектированных носителей заряда. С повышением амплитуды импульсного напряжения происходил пробой пузырьков.

Выше были изложены теоретические и экспериментальные результаты о присутствии стабильных микропузырьков жидкости, а так же их генерации в процессе развития начальной стадии разряда.

В работе [44] экспериментально исследовано влияние одиночного пузырька воздуха на зажигание разряда в дистиллированной воде с

•7 проводимостью 3*10" См/м. Система электродов - анод (радиус закругления 5 мм) - плоскость (межэлектродное расстояние 150 мм), импульс напряжения 0.1 мкс/30 мс. Анодный пузырек диаметром 1.5 мм и более снижал напряжение зажигания разряда с 30 кВ до 16 кВ. Пузырек меньших размеров приводил к повышению напряжения зажигания разряда. Повышение напряжения зажигания при уменьшении размеров пузырька объяснялось эффектом электрического упрочнения газового промежутка при уменьшении его межэлектродного расстояния [2,20,45].

В мощных импульсных накопителях энергии, вследствие большой площади электродов, практическая напряженность поля на положительном электроде составляет 200^300 кВ/см для масла и 100-=-150 для воды [13,14]. Характерные размеры пузырьков, приводящих к пробою, в таких системах должны составлять десятки микрометров [1,27]. Наличие таких пузырьков приводит к снижению электрической прочности водяной изоляции емкостных накопителей энергии [12] и пробою вдоль поверхности диэлектрической изоляции [11].

Исследование поведения пузырьков в сильных полях так же важно для создания управляемых коммутаторов [15], электрогидравлических и электрогидродинамических преобразователей энергии, криогенных кабелей [46], способов управления жидкими средами в условиях невесомости [47], маслонаполненного электрооборудования [48] и т.п.

На основании представленного обзора можно сделать следующие выводы:

1. В жидкости и на поверхности электродов присутствуют стабильные микропузырьки;

2. При напряженности электрического поля Е < 1 МВ/см, и времени запаздывания разряда > 10"6 секунд в процессе формирования электрического разряда в жидкости участвует парогазовая фаза;

3. Поведение микропузырьков в сильных электрических полях в экспериментальном аспекте недостаточно иссследовано;

4. Процесс развития электрического разряда в микропузырьках (стримерный или многолавинный) нуждается в уточнении;

5. Механизм перехода разряда из микропузырьков непосредственно в жидкость экспериментально не исследован.

Постановка задачи исследования

Пузырьковые гипотезы инициирования разряда, в основном, ограничиваются условием достижения на пузырьке напряжения, соответствующего минимуму кривой Пашена. Однако экспериментальных данных явно не достаточно для выявления механизма разряда в пузырьке и его дальнейшей эволюции непосредственно в жидкости. Моделирование поведения микропузырьков в сильных электрических полях возможно с использованием искусственно созданного воздушного микропузырька, поскольку относительная диэлектрическая проницаемость всех газопаровых смесей близка к единице.

Более существенным фактором является диэлектрическая проницаемость жидкости е. Поэтому для четкого выявления отличия в деформации пузырьков необходимо проведение опытов с полярными и неполярными жидкими диэлектриками.

Особое место среди жидких полярных диэлектриков занимает дистиллированная вода (относительная диэлектрическая постоянная 8 = 80, неизменная до 1 ГГц), интенсивно используемая в высоковольтных импульсных накопителях и коммутаторах энергии. [3,11-15]. В мощных импульсных накопителях энергии цикл заряд-разряд длится около микросекунды, практическая напряженность поля составляет сотни киловольт на сантиметр. Характерные размеры пузырьков, приводящих к пробою в таких системах, должны составлять десятки микрометров. В качестве неполярной жидкости был выбран перфтортриэтиламин (е « 1.9). Фторорганические жидкости обладают высокими электрофизическими характеристиками [16] и применяются в конденсаторной промышленности [17] и в системах охлаждения высоковольтных устройств [18].

Размер пузырьков вблизи минимума напряжения кривой Пашена при, атмосферном давлении составляет несколько десятков микрометров. Оптическая регистрация деформации таких пузырьков требует большого увеличения, что уменьшает глубину резкости и диктует необходимость их пространственной локализации на электроде размером в сотни микрометров. Для регистрации перехода разряда из пузырька в жидкость и его дальнейшего распространения межэлектродные расстояния должны быть достаточно большими. Эти условия приводят к исследованию разряда в неоднородном поле. Механизм распространения разряда непосредственно в жидкости не должен качественно меняться от способа его инициирования. Поэтому, для получения дополнительной информации, возможно проведение электрооптических исследований предпробивных процессов в воде в квазиоднородном электрическом поле в отсутствии видимых пузырьков.

Цели исследования

1. Разработка методики создания долгоживущих микропузырьков контролируемого размера в жидкости;

2. Экспериментальное исследование влияния сильных электрических полей на поведение пузырьков в полярной (воде) и неполярной (перфтортриэтиламине) жидкостях;

3. Экспериментальное исследование механизма зажигания разряда в воде с помощью микропузырьков;

4. Оптические и электрооптические исследования предпробойных катодных процессов в деионизованной воде.

Объект и предмет исследования

Объект исследования: процессы в сильных электрических полях и предпробивные процессы в воде с приэлектродными пузырьками размером десятки микрометров в микросекундном диапазоне.

Предмет исследования: а) влияние сильных электрических полей на поведение пузырьков в полярной (вода) и неполярной (перфтортриэтиламин) жидкостях; б) механизм зажигания разряда в воде с помощью микропузырьков; в) локальная напряженность электрического поля на стадии развития предпробойных катодных процессов в воде.

Научная новизна работы и положения, выносимые на защиту

1. В предпробивных полях впервые зарегистрирован "эффект полярности" в поведении анодных и катодных пузырьков в воде и его отсутствие в перфтортриэтиламине;

2. Наличие пузырьков на поверхности электрода приводит к более быстрому начальному инициированию катодных процессов, однако, вследствие их малой скорости распространения, разряд раньше развивается с анода;

3. Впервые установлено, что в воде развитие разряда в катодных пузырьках протекает в многолавинной форме, а в анодных пузырьках - в стримерной форме;

4. Впервые показано, что анодное зажигание происходит при росте пузырька до критического размера и сопровождается веером сверхзвуковых стримеров и ударной волной с центром на поверхности пузырька;

5. Катодные процессы при наличии пузырьков и их отсутствии в однородном и неоднородном полях развиваются с дозвуковой скоростью, измеренное усиление поля вблизи катодных неоднородностей на порядок превышает среднюю напряженность электрического поля;

6. Предложен механизм электрогидродинамического развития разряда с катода, заключающийся в развитии неустойчивости заряженного слоя жидкости вследствие частичных разрядов в парогазовой фазе.

Апробация работы

Результаты научных исследований были представлены на обсуждение на 9-ой, 10-ой, 13-ой международных научных школах-семинарах «Физика импульсных разрядов в конденсированных средах» (Николаев, Украина, 1999, 2001, 2007 г), на 2-ом международном совещании по электрической проводимости, конвекции и пробою в жидкостях (Гренобль, Франция, 2000 г.), на 6-ой международной конференции "Современные проблемы электрофизики и электрогидродинамики жидкостей" (Санкт-Петербург, Россия, 2000 г.), на 14-ой и 16-ой международных конференциях по жидким диэлектрикам (Грац, Австрия, 2002г, Пуатье, Франция, 2008 г), на научной конференции «Электрофизика материалов и установок» (Новосибирск, 2007 г.).

Финансовая поддержка

Работа выполнена при финансовой поддержке РФФИ (гранты № 98-02-17903, 01-02-16932, 03-02-16214, 06-08-00128-а).

Внедрение результатов работы

Результаты исследований были востребованы ЗАО «СИБЕЛ» при подготовке проекта по модернизации импульсных накопителей энергии. Они используются в учебном процессе в курсе «Физические основы техники высоких напряжений» на факультете энергетики Новосибирского государственного технического университета.

Публикации

Всего опубликовано 82 печатные работы, в том числе 12 по теме диссертации, из них: 4 научные статьи в ведущих изданиях, входящих в перечень, рекомендуемый ВАК РФ, одна научная статья в ведущем зарубежном рецензируемом журнале, 7 докладов в трудах международных научных конференций.

Объём и структура работы

Диссертация состоит из введения, четырех глав, заключения, списка литературы и приложения. Диссертация изложена на 103 страницах основного текста, включая 54 рисунка и список литературы из 86 источников.

Выводы по главе 4

1. Начальная стадия формирования катодного куста на размерах <10 мкм не противоречит «пузырьковым» моделям пробоя.

2. Усиление поля на катодных неоднородностях достигает 10 МВ/см.

3. Предложенный механизм электрогидродинамического развития разряда с катода согласуется с экспериментальными данными.

4. Предпробойные катодные процессы начинаются раньше анодных, но при сравнительно медленной скорости их развития разряд, при временах меньших (УС, происходит с анода.

5. Локальное усиление электрического поля, вследствие эрозионных разрушений поверхности электродов при пробоях, ускоряет развитие анодных процессов.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

Таким образом, результаты экспериментальных исследований и теоретический анализ полученных данных позволяют сделать вывод о выполнении основных задач работы:

1. Разработана простая методика создания долгоживущих микропузырьков контролируемого размера в жидкости;

2. В предпробивных полях впервые зарегистрирован "эффект полярности" в поведении анодных и катодных пузырьков в воде и его отсутствие в перфтортриэтиламине;

3. Наличие пузырьков на поверхности электрода приводит к более быстрому начальному инициированию катодных процессов, однако, вследствие их малой скорости распространения, разряд раньше развивается с анода;

4. Впервые установлено, что в воде развитие разряда в катодных пузырьках протекает в многолавинной форме, а в анодных пузырьках в стримерной форме;

5. Впервые показано, что анодное зажигание происходит при росте пузырька до критического размера и сопровождается веером сверхзвуковых стримеров и ударной волной с центром на поверхности пузырька;

6. Катодные процессы при наличии пузырьков и в их отсутствии в однородном и неоднородном полях развиваются с дозвуковой скоростью; экспериментально измеренное усиление поля вблизи катодных неоднородностей на порядок превышает среднюю напряженность электрического поля;

7. Предложен механизм электрогидродинамического развития разряда с катода, заключающийся в развитии неустойчивости заряженного слоя жидкости вследствие частичных разрядов в парогазовой фазе.

В заключение автор выражает искреннюю признательность и глубокую благодарность С. М. Коробейникову за постановку интересной задачи, постоянное внимание и руководство, а так же за помощь, ценные советы и обсуждения при написании диссертации.

Автор благодарен А.Г. Пономаренко за предоставленную возможность выполнения экспериментальной работы, по совместным с НГТУ грантам РФФИ, в ОЛП ИЛФ СОРАН.

Автор благодарен В.Г. Посуху, В.М. Антонову и Э.Л. Бояринцеву за помощь в проведении измерений, а так же Р.В. Мелеховой за помощь в оформлении диссертационной работы.

1. Сканави Г.И. Физика диэлектриков (область сильных полей). M.-JL: ГНФ, 1958.-907 с.

2. Адамчевский И. Электрическая проводимость жидких диэлектриков. JI.: Энергия, 1972. - 295 с.

3. Ушаков В.Я. Импульсный электрический пробой жидкостей. Томск: изд-во ТГУ, 1975.-256 с.

4. Ушаков В.Я., Климкин В.Ф., Коробейников С.М., Лопатин В.В. Пробой жидкостей при импульсном напряжении. Томск: Изд-во HTJI, 2005. - 488 с.

5. Sharbaugh А.Н., Watson Р.К. Conduction and breakdown in liquid dielectrics. -In.: Progress in dielectrics. V.4, London, 1962, P. 199-256. Проводимость и пробой в жидких диэлектриках.

6. Krasucki Z. Breakdown of liquid dielectrics.//Proc. Roy. Soc. 1966. V. A294 - P. 393-404. Пробой жидких диэлектриков.

7. Бесов А. С Оптические исследования пузырьков в воде //Письма в ЖТФ -1984,- Т. 10. вып. 4 - С. 240-244.

8. Кларк Г., Стренг П., Уэстер Дж. Активные центры пузырьков кипения // В кн.: Вопросы физики кипения. -М.; Мир, 1964. С. 138-142.

9. Коробейников С.М. О роли пузырьков в электрическом пробое. 2. Сопоставление с экспериментом. // Тепл. выс. темп. 1998. - № 4. - С. 541 -547.

10. Ушаков В.Я., Капишников Н.К., Кухта В.Р. Электрическая прочность жидкостей и рабочая напряженность изоляционных промежутков высоковольтных импульсных устройств. // В кн.: Импульсный разряд в диэлектриках. Новосибирск: Наука. - 1985. - С.114-134.

11. Логунов В.М., Федоров В.М. Применение водяной изоляции в импульсных генераторах тока и электронных ускорителях Новосибирского ИЯФ. // Физика плазмы. 1978. - № 3. - С. 703-714.

12. Martin. J.C. Nanosecond pulse techniques: Preprint. Aldermoston Berks. 1971. 51 p. Наносекундная импульсная техника.

13. Смит Я. Формирующие линии с жидким диэлектриком. // В кн.: Накопление и коммутация энергии больших плотностей. М.: Мир 1979. С 25-39.

14. Ковальчук Б.М., Кремнев В.В., Поталицин Ю.Ф. Сильноточные наносекундные коммутаторы. Новосибирск, «Наука», 1979. 176 с.

15. Андрианов К.А., Скипетеров В.В. Синтетические жидкие диэлектрик! Госэнергоиздат, 1962, 176 с.

16. Кучинский Г. С. Высоковольтные импульсные конденсаторы. Л., Энергия, 1973,- 175 с.

17. Watson Р.К. The electric strength of hexane vapor and liquid in critical region. // J. Appl. Phys. 1977. - V. 48,- № 3. - P. 943-950. Электрическая прочность паров гексана и жидкого гексана в критической области.

18. Watson Р.К., Sharbbaugh А.Н. The electric strength of nitrogen at elevated pressures and small gap spacings. // J. Appl. Phys. 1969. - V. 40. - № 1. - P. 328-334. Электрическая прочность азота при повышенном давлении в малых электродных промежутках.

19. Санкин Г.Н., Тесленко B.C. Двухпороговый кавитационный режим. // Докл. РАН. -2003. Т. 393. - С. 762 -765.

20. Кнэпп Р., Дейли Дж., Хеммит Ф. Кавитация. М.: Мир, 1974. - 687 с.

21. Бункин Н.Ф., Бакум С.И. Роль растворенного газа при оптическом пробое воды // Квантовая электроника. 2006. - Т. 36. - № 2. - С. 117-124.

22. Пипко А.И., Плисковский В.Я., Пенчко Е.А. Конструирование и расчет вакуумных систем. М.: Энергия, 1979. - 504 с.

23. Королев Ю.Д., Месяц Г.А. Физика импульсного пробоя газов. М.: Наука. Гл. ред. физ.-мат. лит, 1991. - 224 с.

24. Каляцкий И.И., Кривко В.В. Исследование импульсной электрической прочности трансформаторного масла и воды при повышенных давлениях и температурах. // В кн.: Пробой диэлектриков и полупроводников.- М.: Энергия, 1964. С. 207-211.

25. Алхимов А.П., Воробьев В.В., Климкин В.Ф., Пономаренко А.Г., Солоухин Р.И. О развитии электрического разряда в воде // ДАН СССР 1970. - Т. 194. -№5.-С. 1052-1057.

26. Sletten A.M., Lewis Т. I. The influence of dissolve gases on electric strength of n-hexane // Brit. J. Appl. Phys. 1963. - V. 14,- № 12. - P. 883-888. Влияние растворенных газов на электрическую прочность н-гексана.

27. Lewis Т.J., Ward B.W. A statistical interpretation of electrical breakdown of liquid dielectrics // Proc. Roy. Soc A. 1962 - V. 269. - № 1337. - P. 233-248. Статистическая интерпретация электрического пробоя в жидких диэлектриках.

28. Климкин В.Ф. Особенности развития электрического пробоя воды в субмиллиметровых промежутках // ЖТФ. 1987. - Т. 57. - №4. - С. 805-807.

29. Климкин В.Ф. Границы механизмов электрического пробоя н-гексана в квазиоднородном поле // ЖТФ. -1991. Т. 61 -№8. - С. 80-83.

30. Климкин В.Ф., Пономаренко А.Г. Исследование импульсного электрического пробоя жидкостей с помощью оптической интерферометрии // ЖТФ. 1979. - Т. 49. - № 9. - С. 1896-1904.

31. Комин С.Н., Кучинский Г.С., Морозов Е.А. Механизм нарушения электрической прочности воды в микросекундном диапазоне // ЖТФ. 1984. -Т.54. - №9. - С.1826-1829.

32. Воробьев В.В., Капитонов В.А., Кругляков Э.П., Цидулко Ю.А. Исследование пробоя воды в системе с «диффузионными» электродами // ЖТФ.- 1980. Т.50. - №5. - С. 993-999.

33. Овчинников И.Т., Яншин К.В., Яншин Э.В. Исследование распределения предпробивных электрических полей в воде с помощью эффекта Керра // ЖТФ.- 1974. Т.44. - №2. - С. 472-474.

34. Chadband W.G., Wright. G.T. A pre-breakdown phenomenon in liquid dielectric hexan // Brit. J. Appl. Phys. VI6 - №3. - P. 305-314. Предпробивные явления в гексане.

35. Yamashita Н., Amano Н., Mori Т. Optical observation of pre-breakdoun and breacdoun phenomena in transformer oil. // J. Appl. Phys. 1977. - V. 10. - P. 17531760. Оптические наблюдения предпробойных и пробойных явлений в трансформаторном масле.

36. McGrath Р.В., Nelson J.K. Optical studies of prebreacdoun events in liquid dielectrics. // Proc. IEE. 1977. - V. 124. -№ 2. - P. 183-187.

37. Оптические исследования предпробойных явлений в жидких диэлектриках.

38. Allan. R.N., Hizal Е.М. Prebreakdoun phenomena in transformer oil subjected to nonuniform fields. // Proc. IEE 1974. - V. 124 - P. 183 - Оптические явления в трансформаторном масле в неоднородных полях.

39. Климкин В.Ф. Предпробойные явления в жидкостях в квазиоднородном электрическом поле: Автореф. дис. . докт физ.-мат. наук: 01.04.13. Томск, 2001.-40. с.

40. Коробейников С. М., Яншин К.В., Яншин Э.В. Предпробойные процессы в жидкой изоляции при импульсном напряжении. // В кн.:Импульсный разряд в диэлектриках. Новосибирск: Наука. 1985. С. 99-114.

41. Скорых В.В. Влияние пузырьков газа на зажигание разряда в воде // ЖТФ. -Т.56.-№8.-С. 1569-1572.

42. Трофимова Н.Б. Исследование пробоя проводящих недегазированных жидкостей. // В кн.:Пробой диэлектриков и полупроводников. М.: Энергия 1964, С. 219-224.

43. Кремнев В.В., Месяц Г.А. Методы умножения и трансформации импульсов в сильноточной электронике. Новосибирск; Наука, 1987. - 224 с.

44. Белостоцкий Б.Р., Любавский Ю.В., Овчинников В.М. Основы лазерной техники. Твердотельные ОКГ. Под ред. акад. A.M. Прохорова. М., «Советское радио», 1972. 408 с.

45. Олихов И.М. ИПЛЭН Новое поколение приборов квантовой электроники // «ЭЛЕКТРОНИКА: Наука, Технология, Бизнес» 3-4/98. С. 26-29.

46. Климкин В.Ф., Папырин А.Н., Солоухин Р.И. Оптические методы регистрации быстропротекающих процессов. Новосибирск: Наука, 1980,- 208 с.

47. Коробейников С.М., Мелехов A.B., Посух В.Г., Антонов В.М., Рояк М.Э. Экспериментальные исследования поведения пузырьков в воде // Теплофизика высоких температур,- 2001. Т.39. - №2. - С. 163-168

48. Коробейников С.М., Мелехов A.B., Синих Ю.Н., Соловейчик Ю.Г. Влияние сильных электрических полей на поведение пузырьков в воде // Теплофизика высоких температур.- 2001. Т.39. - №3. - С. 395-399.

49. Молдавский Д.Д., Шкультецкий Л.В., Алексеенко С.В., Фурин Г.Г. О растворимости основных компоентов воздуха в перфторированных соеденениях // Журн. прикл. химии. 1999. - Т.72. - Вып. 5. - С. 744-747

50. Краткий справочник физико-химических величин./ Под ред. Мищенко К.П., Равделя A.A. М.-Л.:Химия, 1965. 160 с.

51. Коробейников С.М., Сарин С.Г., Фурин Г.Г. Электрическая проводимость перфтортриэтиламина при постоянном напряжении // Журнал Прикладной Химии. 1996 - Т.69. - Вып. 2. - С. 321-326.

52. Техника высоких напряжений. Под ред. М. В. Костенко. М., «Высш. школа», 1973.-528 с.

53. Коробейников С.М., Мелехов A.B., Ганенко К.Б. Поведение пузырьков в перфтортриэтиламине под действием сильных электрических полей // Теплофизика высоких температур,- 2001. Т.39. - №6. - С. 885-889.

54. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Гидродинамика. М. «Наука»: ГРФМЛ, 1988. -736 с.

55. Седов Л.И. Механика сплошной среды. Т. 1 М. «Наука»: ГРФМЛ, 1973. -536 с.

56. Jones Т.В., Bliss G.W. Bubble ^electrophoresis. // J. Appl. Phys. 1977. - V.48. -№4. - P. 1412-1417. Пузырьковый диэлектрофорез.

57. Щехтман И.А. Теория электромагнитного поля. Учебное пособие. ИЯФ -НГТУ. 1998. 153 с.

58. Ландау Л.Д., Лифшиц Е.М. Электродинамика сплошных сред. М. «Наука»: ГРФМЛ, 1982. - 624 с.

59. Справочник по электротехническим материалам.: В 3-х т. Т.З./под ред. Ю.В. Корицкого и др.-3-e изд., М.: Энергоатомиздат, 1988.

60. Коробейников С.М., Мелехов A.B., Бесов A.C. Зажигание разряда в воде с помощью пузырьков // Теплофизика высоких температур. 2002. - № 5. - С. 706-713.

61. Korobeynikov S.M., Melekliov A.V. Microbubbles and breakdown initiation in water // Proc. of the 14 Int. Conference on Dielectric Liquid, 7-12 July, Graz, Austria, 2002. P. 127-131. Инициирование разряда в воде микропузырьками.

62. Паркин Б.Р., Гилмор Ф.Р., Броуд Г.Л. Ударные волны в воде с пузырьками воздуха. В кн.: Подводные и подземные взрывы. - М.: Мир, 1974. - С. 152258.

63. Сливков И.Н. Процессы при высоком напряжении в вакууме. М. Энергоатомиздат. 1986. - 256 с

64. Райзер Ю.П. Физика газового разряда,- М.: Наука, Гл. ред. физ.-мат. лит., 1987,- 592 с.

65. Мюллер В. Электрооптические затворы. в кн.: Физика быстропротекающих процессов. Т.1. М. «Мир». 1971. - С. 200-304.

66. Kelley E.F., Hebner R.E., Jr. The electric field distribution associated with prebreakdown phenomena in nitrobenzene. // J. Appl. Phys. 1981. - V52. - № 1. - P. 191-195.Распределение электрического поля при предпробойных явлениях в нитробензоле.

67. Воробьев В.В., Капитонов В.А., Князев Б. А., Кругляков Э.П. Постоянная Керра воды // ПМТФ. 1976. - №1. - С. 155-160.

68. Ушаков В.Я. К вопросу о фотографических методах исследования механизма скользящих разрядов в жидкостях. // Известия. Вузов. «Физика», -1966. №4.-С. 96-100.