建筑物尖端上行正先导始发过程的模拟研究

在热力学模型基础上,考虑了空间电荷屏蔽作用的二次电晕起始过程,认为流注茎(电晕区与流注-先导转化区)温度达到1 500 K同时二次电晕起始即新生迎面先导起始。并且根据纹影仪对先导通道根部的观测结果,流注茎假设为类圆锥状。通过Comsol软件对地面高大建筑物尖端处上行正极性先导的始发过程进行了数值模拟研究,并分析了锥形流注茎和二次电晕起始过程对先导始发过程的影响。最终得到了锥形流注茎长度与流注茎半径的关系,证明了随着电流的注入,根部优先转化为先导;计算的建筑物尖端处在最大半径(R=0.24 mm)情况下的流注茎-先导的转化时间为120μs;在正极性先导起始的过程中,初始先导并不是一个固定值,计算的初始先导的长度为0.03 m。

基于流光-先导雷击模型对建筑物吸引半径的计算

从先导始发的物理过程入手,建立了流注-先导模型。该模型考虑了流注茎(stem)近似圆锥体的形状特征和空间电荷屏蔽影响的二次电晕起始条件。应用上述模型,对在不同的雷电流幅值和不同高度情况下的建筑物的吸引半径进行了计算,根据计算结果拟合出了吸引半径与建筑物高度和雷电流幅值的关系表达式,并将由本文模型计算得到的建筑物等效半径与自持传输(SLIM)等其他模型的计算结果进行了对比。同时,考虑了环境因素(压强、空气湿度以及温度)对建筑物拐角等尖端处吸引半径的影响。结果表明:1)建筑物较低时,本文得到的等效半径与SLIM的计算结果具有较好的一致性;建筑物较高时,对应两者等效半径的计算结果存在差异,但均大于基于电气几何模型的计算结果。2)压强和空气湿度对建筑物吸引半径有一定的影响,而温度对其的影响并不显著。