瞬态恢复电压上升率对弧后鞘层的影响

在仿真过程中，我们对瞬态恢复电压TRV的波形进行了简化，认为瞬态恢复电压TRV的上升率为固定常数，这在我们关心的较短时间段内与实际情况较为一致。这种简化，对仿真结果影响不大。仿真中，我们取了四组不同的瞬态恢复电压TRV上升斜率0.1kV/μs、0.5kV/μs、1kV/μs、2kV/μs，针对这些值对鞘层厚度的影响做了分析。

图5-25给出了不同TRV上升斜率下的鞘层厚度随时间变化情况。其中开距为5mm；金属蒸气密度为10¹⁸/m³；离子密度为10¹⁷/m³；电子密度为2×10¹⁷/m³；电子、离子、原子初始能量分别为3.5eV、2eV、0.2eV。从图中可以看出，鞘层的运动速度随瞬态恢复电压TRV上升斜率的增大而增大，这是因为当瞬态恢复电压TRV增大时，触头间的电场强度也随之增大，离子、电子所受的电场力较大，运动速度较快，电子、离子可以在较短的时间内分离，进而形成离子鞘层。

图5-25 TRV对鞘层厚度的影响(www.xing528.com)

表5-2给出了不同瞬态恢复电压下的鞘层发展的时间。从表中可以看出，当瞬态恢复电压TRV较小时，鞘层发展时间受瞬态恢复电压TRV变化影响较大；而当瞬态恢复电压较大时，鞘层发展时间受瞬态恢复电压TRV的影响相对较小。这是由于，当瞬态恢复电压TRV较小时，随着TRV的增大，带电粒子所受的电场力明显增大，因此运动速度变大；而当瞬态恢复电压TRV较高时，尽管带电粒子所受电场力增加，但是由于离子会与中性原子发生碰撞，并不能在电场中充分地加速。也就是说如果粒子的速度高于某个值，速度将会受到限制，并不能无限的加速，所以鞘层运动速度的增加并不如瞬态恢复电压TRV较小时明显。

表5-2 不同TRV下的鞘层发展时间