基于尖端电场畸变的闪电连接过程的数值模拟
发布时间：2020-11-10 23:50
地闪过程对我们的生产活动会有很大的影响,而闪电的连接过程对地闪又有很大的影响,因此研究闪电连接过程显得尤为重要。虽然现在闪电实地观测结果不断发展,但是实际观测有其局限性,因此利用模式来研究闪电连接过程的相关特性不仅有利于提高对于闪电连接过程的理论研究,而且对于建筑物如何采取雷电防护措施有更深的了解。本文首先讨论了电场计算的相关研究,然后在电场计算的基础上建立一套近地面闪电发展模式,最后对闪电连接过程进行模拟研究。其各部分主要结论如下：通过对建筑物形状对大气电场畸变影响的研究发现：大气电场的畸变系数与建筑物的宽度之间存在较为复杂的关系。大气电场的畸变系数随着建筑物的弯曲度增大呈减小趋势。其与建筑物的高度之间的关系并不仅是之前发现的线性关系。在已建立模式的基础上,改变闪电随机参数模拟不同的闪电过程来研究地闪的相关特性。模拟结果显示：闪电随机性参数的改变会使闪电击地点、上行先导长度、闪击距离、闪电水平发展范围以及上行先导触发时下行先导尖端位置都会产生影响。对闪电的一些基本参量相互之间进行相关性分析,发现近地面下行先导长度与上行先导长度有一定的线性相关性。最后,通过改变闪电随机参数模拟不同的闪电过程来研究闪电连接过程形态。结果显示：一共模拟出五种不同形态的闪电连接过程。依次为：下行先导尖端与上行先导尖端相连、下行先导主支与上行先导尖端相连、下行先导尖端与上行先导主支相连、上行先导触发但未与下行先导相连以及下行先导与地面触发的上行先导相连。对不同形态的闪电连接过程中闪电参数之间的差异进行讨论发现,不同类型的闪电连接方式,其先导长度等参数有一定的差异。
【学位单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：P427.3
【部分图文】：
当建筑物高度为３０ｍ，宽度分别为６０ｍ，３０ｍ，２０ｍ，建筑物弯曲度在０．?１－３０??区间内的多种情况做了大量模拟，发现其弯曲度不同，建筑物顶端电场崎变程??度也不同。图２．４中ａ图和６图建筑物高度都为３０ｍ，宽度都为６０ｍ，而弯曲度??分别为化５和２。由等电位分布图可明显的看出弯曲度为０．５时，建筑物顶??端附近的电位线比弯曲度为２时的要密集，即ａ图中建筑物顶端中也的电场强??度比々图同一位置处的大。??１４０?二亏＝?二与＝＝二?＝＾＝；呈＝三量三呈呈＝呈｜宣＝｜兰兰是＾?＝?；?；?Ｉ??，２。跨＼罐＼龍?ｌｉｉｍｍｎｙｙＨＨ！??Ｉ?８。［｜霉Ｉ赛冀襲豈幫逼逞逞ｊ．ｙ??ｆ?６。障！ｉ！替毒＾量非義ｊ??４。段运背转读Ｐ巧巧皋读??０?产?￣?￣?￣?￣?Ｔ?＇?＾?￣?￣?二：二３??０?己?０?１〇０?１５０?２００?２５０?３００??誦議議．剛??ｆ?６°巧；－巧ｆ界苗Ｖ；－巧亩４｜；—ｙｙ?ｊｆ＇ｇ?麵??…障基苗巧巧麵題Ｈ！??２云旨苗香苗巧苗／＾：错苗非詞??０?５０?１００?１５０?２００?２５０?３００??ｊｃ／ｍ??图２．?４不同建筑物弯曲度度附近的电位分布（单化：ｋＶ）?（ａ）图弯曲度为０．?５化）图??驾曲度为２??对于所模拟得到的所有结果综合分析，如图２．?５所示，从图２．５中可Ｗ明??显的看出，当建筑物弯曲度在化１－５范围内，建筑物顶部中必的电场畴变值迅??速变小，而当建筑物弯曲度在５－３０区间内时，建筑物顶部中瓜的电场崎变值变??化则基本趋于平缓。送就是由于当建筑物的弯曲度逐渐变大的同时，建筑物的??形状逐渐由半楠圆形转变成矩形
为了进一步详细的描述建筑物弯曲度对电场崎变带来的影响，选取弯曲度??６在０．１－２区间内，对之进行更细致的研究，对弯曲度在化１－２范围内的建筑??物弯曲度每变化化１就做２０组模拟。图２．?６详细的描述了在建筑物弯曲度＆取??化１－２区间内，不同建筑物宽度下，大气电场崎变系数的变化情况。从中可＾＾＾??看出，建筑物形狀逐渐由针形变成王角形再变为半楠圆形，建筑物顶端中私的??电场崎变系数公不断减小，并且最终电场崎变的减小有逐渐减缓的趋势，这就??是由于当６大于２时，电场最大崎变的位置在逐渐往建筑物顶端中也的两边移??动，而建筑物顶端中也位置的电场趋于不变。这和耿雪莖相关研究的结论类??似。另外，当６趋近于０时，Ｓ条曲线的崎变系数片都趋近于一个常数，这是??由于６足够小时，虽然建筑物宽度不同，但建筑物形状逐渐庭于相似。之间的??电场崎变差异就会逐渐变小。另外
ｘ／ｍ??图２．?７不同建筑物高度附近的电位分布（单位：（ａ）图高度为４０ｍ?（ｂ）固高度为８０ｍ??图２．８是建筑物高度与崎变系数之间关系的散点图。从图２．８中可明显??看出，建筑物高度越大，崎变系数公就越大。同样高度的情况下，建筑物弯曲??度越大，崎变系数就越小。当＆为１时（即Ｈ巧形情况）和Ａ为２时（即半圆??形情况），崎变系数；０明显呈线性增大趋势，两者间差距逐渐拉大，而当占为??０．５，崎变系数随高度的变化不能简单的看成是线性变化，这与之前研究得出的??结论有所不同［１４］。当在１／ＺＴ３０／７７范围内时，崎变系数女与＆为１时的崎变??系数的差异逐渐拉大，而当／？在３０／？ｔ１００／？７时，其增长的趋势几乎和Ａ为１时的??崎变系数增长趋势平行。??２０??
【参考文献】
本文编号：2878474
【学位单位】：南京信息工程大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2015
【中图分类】：P427.3
【部分图文】：
当建筑物高度为３０ｍ，宽度分别为６０ｍ，３０ｍ，２０ｍ，建筑物弯曲度在０．?１－３０??区间内的多种情况做了大量模拟，发现其弯曲度不同，建筑物顶端电场崎变程??度也不同。图２．４中ａ图和６图建筑物高度都为３０ｍ，宽度都为６０ｍ，而弯曲度??分别为化５和２。由等电位分布图可明显的看出弯曲度为０．５时，建筑物顶??端附近的电位线比弯曲度为２时的要密集，即ａ图中建筑物顶端中也的电场强??度比々图同一位置处的大。??１４０?二亏＝?二与＝＝二?＝＾＝；呈＝三量三呈呈＝呈｜宣＝｜兰兰是＾?＝?；?；?Ｉ??，２。跨＼罐＼龍?ｌｉｉｍｍｎｙｙＨＨ！??Ｉ?８。［｜霉Ｉ赛冀襲豈幫逼逞逞ｊ．ｙ??ｆ?６。障！ｉ！替毒＾量非義ｊ??４。段运背转读Ｐ巧巧皋读??０?产?￣?￣?￣?￣?Ｔ?＇?＾?￣?￣?二：二３??０?己?０?１〇０?１５０?２００?２５０?３００??誦議議．剛??ｆ?６°巧；－巧ｆ界苗Ｖ；－巧亩４｜；—ｙｙ?ｊｆ＇ｇ?麵??…障基苗巧巧麵題Ｈ！??２云旨苗香苗巧苗／＾：错苗非詞??０?５０?１００?１５０?２００?２５０?３００??ｊｃ／ｍ??图２．?４不同建筑物弯曲度度附近的电位分布（单化：ｋＶ）?（ａ）图弯曲度为０．?５化）图??驾曲度为２??对于所模拟得到的所有结果综合分析，如图２．?５所示，从图２．５中可Ｗ明??显的看出，当建筑物弯曲度在化１－５范围内，建筑物顶部中必的电场畴变值迅??速变小，而当建筑物弯曲度在５－３０区间内时，建筑物顶部中瓜的电场崎变值变??化则基本趋于平缓。送就是由于当建筑物的弯曲度逐渐变大的同时，建筑物的??形状逐渐由半楠圆形转变成矩形
为了进一步详细的描述建筑物弯曲度对电场崎变带来的影响，选取弯曲度??６在０．１－２区间内，对之进行更细致的研究，对弯曲度在化１－２范围内的建筑??物弯曲度每变化化１就做２０组模拟。图２．?６详细的描述了在建筑物弯曲度＆取??化１－２区间内，不同建筑物宽度下，大气电场崎变系数的变化情况。从中可＾＾＾??看出，建筑物形狀逐渐由针形变成王角形再变为半楠圆形，建筑物顶端中私的??电场崎变系数公不断减小，并且最终电场崎变的减小有逐渐减缓的趋势，这就??是由于当６大于２时，电场最大崎变的位置在逐渐往建筑物顶端中也的两边移??动，而建筑物顶端中也位置的电场趋于不变。这和耿雪莖相关研究的结论类??似。另外，当６趋近于０时，Ｓ条曲线的崎变系数片都趋近于一个常数，这是??由于６足够小时，虽然建筑物宽度不同，但建筑物形状逐渐庭于相似。之间的??电场崎变差异就会逐渐变小。另外
ｘ／ｍ??图２．?７不同建筑物高度附近的电位分布（单位：（ａ）图高度为４０ｍ?（ｂ）固高度为８０ｍ??图２．８是建筑物高度与崎变系数之间关系的散点图。从图２．８中可明显??看出，建筑物高度越大，崎变系数公就越大。同样高度的情况下，建筑物弯曲??度越大，崎变系数就越小。当＆为１时（即Ｈ巧形情况）和Ａ为２时（即半圆??形情况），崎变系数；０明显呈线性增大趋势，两者间差距逐渐拉大，而当占为??０．５，崎变系数随高度的变化不能简单的看成是线性变化，这与之前研究得出的??结论有所不同［１４］。当在１／ＺＴ３０／７７范围内时，崎变系数女与＆为１时的崎变??系数的差异逐渐拉大，而当／？在３０／？ｔ１００／？７时，其增长的趋势几乎和Ａ为１时的??崎变系数增长趋势平行。??２０??
【参考文献】
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6 任晓毓;张义军;吕伟涛;陶善昌;德庆措姆;;雷击建筑物的先导连接过程模拟[J];应用气象学报;2010年04期
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本文编号：2878474
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