雷电回击的工程模型.pdf

万方数据

T㈣v*=u／O+u／c》c￡=五互雷电回击的工程模型臼蝴】雷电物理；雷电通道；雷电回击模型图1—苋习电过程的电场记录叙表撇回击)大于波峰，其达到回击波峰顶端后径向扩散。这个i攘类1以于水枪喷出杨翼模型的复杂程度，便于利用到雷电防护埔设计及其防护器件的研究中。的每一，J、黯B可以被视为一个电流源，当回击到来时被激活，向地面释239(信阳市气象局，河南信阳464．000)应用科技度V(z)随高度指数葺诫。J卜】(0’l+北)一l(0，。咖’i删∞7哺要】雷电防护的研究必须归根于雷电本身，即雷电物理学的理论研究。忍时叉要注重将这些理论成果转化为雷电防护工程的依据，以——』上—人．．上‘^^=P(z)i(o，t—臼，其中电流由地面发展到高度Z所需时间f=lHz∞=XO．卜堋J(z』HI．z∞f(0．t’硼Uman和McLain将回击视为由大地向云中传递的电流脯中，其形适用于工程的数学形式袭达。本冀参考国内外关于雷电放电及其回击通道模型文献，介绍了氪地闪的雷电回击模型概念，主要论主塞了其中各常用的工程模型。工程模型是在对自然雷电观周q基础匕，忽略其中的次要特性，注重用数学语言来近似袁达雷电一方面的特征。这就简化了ningflash)，而其包括一次或多次大电流脉冲过程，称为闪击(stroke)o其中，最强的快变化部分称为回击(returnstroke)。回击是闪电通道未形成：对后续闪击的箭式先导而言，通道中的电流较小且变现在其强大的、变化剧烈的电流上。因此，回击是地闪形成的先决条件，也是闪击过程中电磁场变化最快、通道中电流最大的过程。这里主要介绍的工程模型是以通道中的电流为基本描述对象建立起来的。雷电回击模型(Jigh州ng现今，国际上提出的雷电回击模型可以归为以下四大类中的一种或几种的组合：1)气体动态模型(theels)。气体动态模型基于自然雷电---Lk工激发雷电所发出的光能和光谱特性。而电磁场模型、分布参数电路模型和工程模型基于雷电在不同距离产生的空间电磁场{寺性。前两类模型最为复杂，直接基于描述雷电通道的物理过程；后两类模型通常为了便于工程计算，意简化了雷电回击测量的电流外仅有一、两个其他参数。下文主要探讨工程模型。2l类型一：大地决定在某时刻注入通道中的电荷量．当梯级先导与地面的连接先导回合后，假设回击波峰(return变量视为高度z的参数。第一类模型将大地作为电流源，向通道中注入向上传导的电流脉冲。通道内电流与通道底部电流的关系为：i(z，t)(z‘)dz‘，P(Z)是衰减因素。此模型假定U(Z)为常数，衰减作用不计，而回击波峰的上行速的水柱推动目标板前进的同时向四周散开。扩散的电荷与先导过程储存在通道中的异性电荷中和。U=V。(回击波峰的最大速度)，i(z，t)=i(0，t-z^／。)：这是上行电荷流的速度下限。若回击波峰的速度在z=O处最大，并随高度减U=*，i(z，t)=i(0，t)：这种情况下，通道中各处的电流将保见此模型类似于为Dennis&Pierce模型在U=一时的情况。若设TCS模型(第二类模型中介绍)的下行电流脉冲速度为无穷大，则可将其简化为BG模型。因I比也有学者将BG模型归为第二类。状和幅度保持～致且传播速度为常数。可见这个模型类似于Dennis&Pierce模型在U=V时的情况，i(z，t)---i(o，t-zN)，z<h(波峰t时刻的高度)。这时通道顶部的电流i(h)=i(0，0)，始终保持一致。将衰减因素P(Z)引入TL模型得到其修正形式，称为MTL模型。常见的衰减因素有Nucci引入的指数衰减e趔1(九是高度衰减常数，称为MTLE模型)和Rakov提出的线性衰减(1—z，H)击通道的总高度，称为MTLL模型)。放电荷(假定此电晕电流脉冲的速度为U)。此类模型的差异在于对电高度在z‘的电流元为di㈦t)=iO(z‘)F旺’，t—E)dz‘，回击波1雷电回击通道模型综述I．I回击及建立其模型的意义一次完整的闪电过程(见图1)定义为一次闪电(flash或light—一次闪击中的—部分，而其前—个阶段是先导过程。对梯级先导而言，化缓慢。再者闪电不是—个电压源，而是—个电流波，其破坏性首先体^一．12雷电回击模型的概念硬分类retumstrokemodel)是基于大量实验观测数据统计出回击的一般规律，通过数学公=--t、语言或图像以表现回击一方面或几方面特性的数学结构。models)2)电磁场模型(themodels)3)分布参数电路模型【themodels)4)工程模型(the的物理过程。因此，这些模型最显著的特点就是参数少，通常除了可以2雷电回击的工程模型strokefront)由地面向上传递的速度为V(z)，电流脉冲或电荷移动的速度为U(z)，回击波峰通过的部分中才有电流分布。这里仅将