实验vs模拟(三):似真非真的“分叉”放电

实验模拟对照 发布于 2023-9-11 00:19

显然,在正确的数值算法和流体模型下,大气压大间距放电流注模拟结果应和右图相符,虽然,这个结果看起来,和肉眼所见不一样,确实一个真正物理正确的结果。 ...

在往期推送“你算的对不对?”一文中,曾用“看起来不一样≠算的不对”“计算结果应该真实体现具有统计意义和工程意义的等离子体过程,不必纠结于连实验都无法完全复现的随机过程”来阐述实际放电中普遍存在的分叉现象和流体模拟中的单流注计算结果(见下图)。

事实上,在一些数值模拟中,确实出现过计算结果分叉现象,并被认为是物理规律而写进了论文中。最典型的一例是17年前俄罗斯科学院A.V.Kulikovsky计算的大间距针-板流注放电[1],其计算了正电压作用下流注的传播,并认为当电离头部区域尺寸大于光电离辐射吸收长度时就会发生分叉:

这样的计算结果,看起来更接近实验了——毕竟实验中也有分叉。但是,很快,这个计算结果就被莫斯科物理技术学院的S.V.Pancheshnyi推翻[2],他用一个很显而易见的事实:在轴对称模拟中,轴向电场总是最强的,因而流注头部必然总是沿着轴线传播,[1]中的分叉放电,很有可能是数值算法出了问题。并在相同情况下自行建模计算,先复现了A.V.Kulikovsky已发表文章中的经典正确计算结果(左图为经典结果,右图为复现结果):

然后计算了[1]中的工况,得到如下结果(左图为[1]结果,右图为纠正结果):

显然,在正确的数值算法和流体模型下,大气压大间距放电流注模拟结果应和右图相符,虽然,这个结果看起来,和肉眼所见不一样,确实一个真正物理正确的结果。

尽管关于大气压流注分叉的讨论已经盖棺定论,仍有很多后来者用纯流体模型计算得到了与[1]类似的分叉结果,从事等离子体数值模拟的我们,对这些非物理、伪真实的结果,应该擦亮双眼、心中有数。


[1] Kulikovsky, A. A. (2000). The role of photoionization in positive streamer dynamics. Journal of Physics D: Applied Physics33(12), 1514.

[2] Pancheshnyi, S. V., & Starikovskii, A. Y. (2001). Comments on 'The role of photoionization in positive streamer dynamics'. Journal of Physics D: Applied Physics34(2), 248.


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