Введение
Глава I. Газоразрядные преобразовательные приборы. Современное состояние производства, проектирования и методов моделирования 17
1.1. Газоразрядные коммутаторы тока 17
1.2. Системы автоматизированного проектирования и моделирования изделий электронной техники 22
1.3. Обзор методов математического моделирования электрических и магнитных полей и общие вопросы моделирования процессов в приборах и устройствах плазменной электроники 26
1.3.1. Методы численного моделирования электрических полей 27
1.3.2. Методы численного моделирования магнитных полей 30
1.3.3. Моделирование физических процессов методом частиц 33
1.4. Обзор методов моделирования физических процессов в газоразрядных приборах 35
1.4.1. Анализ методов построения моделей газонаполненных систем 38
1.4.2. Модели, основанные на использовании уравнения Больцмана 40
1.4.3. Модели, основанные на гидродинамическом приближении 43
1.4.4. Анализ численных методов решения гидродинамических уравнений и уравнения Больцмана 45
1.4.5. Вероятностные методы моделирования физических процессов в низкотемпературной плазме 48
1.5. Особенности применения и моделирования волн ионизации 49
1.5.1. Экспериментальные работы по изучению волнового механизма пробоя газоразрядных промежутков 50
1.5.2. Теоретические работы по исследованию волн ионизации 52
1.5.3. Области применение волн ионизации 58
1.6. Тепловые процессы и эрозия электродов в газоразрядных коммутаторах тока 58
1.6.1. Тепловые потоки на электроды 59
1.6.2. Модели эрозионных и тепловых процессов 61
1.6.3. Методы решения уравнения теплопроводности 64
1.7. Выводы к обзору литературы 66
Глава II. Методика проведения лабораторных исследований и создания математических моделей процессов, протекающих в газоразрядных приборах 67
2.1. Методологические вопросы моделирования физических процессов, протекающих в газоразрядных приборах 68
2.2. Структура системы математического моделирования газоразрядных приборов 74
2.3. Особенности построения лабораторных установок для проведения экспериментальных исследований 78
2.3.1. Экспериментальная установка для исследования динамических процессов, протекающих в управляемых коммутаторах тока и в газонаполненных разрядниках 79
2.3.2. Экспериментальная установка для исследования волн ионизации 85
2.3.3. Экспериментальная установка для исследования тепловых процессов, протекающих в газоразрядных коммутаторах тока 90
2.4. Выводы к главе 92
Глава III. Моделирование электрических и магнитных полей и траекторий заряженных частиц в газоразрядных приборах 94
3.1. Моделирование электрических полей 95
3.1.1 Построение расчетной сетки в области моделирования 95
3.2. Численнаясхема расчета электрических полей 101
3.2.1. Расчет распределения поля методом фиксированных узлов 106
3.3. Моделирование магнитных полей 109
3.4 Аппроксимация распределения электрических и магнитных полей 111
3.4.1. Тестовая задача аппроксимации распределения электрического поля 115
3.5. Моделирование траекторий заряженных частиц 116
3.5.1. Расчет времени пересечения частицей границы конечного элемента 120
3.5.2. Тестовая задача расчета траектории заряженной частицы 122
3.6. Численные исследования распределения электрических полей и траекторий заряженных частиц в газоразрядных приборах 123
3.6.1. Исследования электрических полей в импульсных водородных тиратронах 125
3.6.2. Исследование электрического поля ртутного тиратрона 126
3.6.3. Исследование электрических полей в защитных разрядниках 130
3.6.4. Численные исследования траекторий заряженных частиц в водородном тиратроне 138
3.7. Выводы к главе 143
Глава IV. Моделирование и исследование процесса формирования разряда в двухэлектродных промежутках 145
4.1. Моделирование процесса формирования разряда низкого давления в двухэлектродном промежутке с накаленным катодом 146
4.1.1. Развитие разряда в двухэлектродных промежутках с накаленным катодом 148
4.1.2. Модель формирования разряда методом потоков 150
4.2. Моделирование процесса формирования разряда в двух электродном промежутке с холодным катодом 163
4.2.1. Формирование разряда в двухэлектродном промежутке с холодным катодом 164
4.2.2. Математическая модель формирования разряда 166
4.3. Моделирование процесса формирования разряда методом частиц 173
4.4. Экспериментальные исследования влияния поверхности катода на процесс формирования разряда 182
4. 5. Выводы к главе 192
Глава V. Исследование и моделирование процесса формирования и распада плазмы в управляемых коммутаторах тока 194
5.1. Формирование разряда в управляемых газоразрядных коммутаторах тока 194
5.1.1. Развитие разряда в катодно-сеточной области 198
5.1.2. Формирование разряда в анодной камере 201
5.2. Моделирование процесса формирования плазмы при использовании подготовительного разряда 206
5.3. Обсуждение результатов численного моделирования 208
5.4. Моделирование процессов деионизации при низком и среднем давлении 217
5.4.1. Деионизация газоразрядного промежутка 218
5.4.2. Моделирование процесса деионизации при остаточном напряжении на электродах 222
5.5. Экспериментальные исследования процесса деионизации плазмы в газоразрядных коммутаторах тока 223
5. 6. Выводы к главе 227
Глава VI. Экспериментальные исследования и моделирование волнового механизма формирования разряда 229
6.1. Экспериментальные исследования волнового пробоя газоразрядных промежутков 230
6.1.1. Влияние различных видов катодов на свойства волн ионизации 230
6.1.2. Прохождение волн ионизации через диафрагмированные промежутки 238
6.1.3. Прохождение волн ионизации по промежуткам с предварительной ионизацией 242
6.2. Особенности развития волнового разряда 244
6.3. Исследования формирования разряда в коммутаторах тока при управлении высоковольтными импульсами 251
6.3.1. Численные исследования волнового механизма формирования разряда в управляемых коммутаторах тока 256
6.4. Газоразрядные коммутаторы тока с волновым механизмом токопрохождения 260
6.4.1. Сравнительный анализ работы коммутаторов в схемах с различным управлением 260
6.4.2. Исследование коммутационных характеристик газоразрядного прибора, управляемого волной ионизации 263
6.5. Выводы к главе 266
Глава VII. Исследование тепловых и эрозионных процессов в газоразрядных коммутаторах тока 268
7.1. Физические процессы, приводящие к выделению мощности на электродах газоразрядных приборов 268
7.2. Моделирование тепловых процессов 274
7.2.1. Дискретизация расчетной области 276
7.3. Моделирование процесса эрозии электродов 277
7.3.1. Задание граничных условий 278
7.3.2. Решение уравнения теплопроводности 279
7.4. Исследование эрозионной стойкости катодной поверхности неуправляемых газонаполненных разрядников 290
7.5. Выводы к главе 297
Заключение 298
Список литературы 303
Приложение
