雷电放电数值模拟与主动防护
作者：魏光辉，万浩江，潘晓东 编著
出版时间：2014年版
内容简介
　　《雷电放电数值模拟与主动防护》系统地阐述了雷电先导放电的数值模拟和直击雷防护方法。重点阐述了雷暴云的荷电模型及其量子反演、雷电先导放电的分形模拟方法、局域屏蔽主动式直击雷防护方法和直击雷防护装置防护效能的数值评估方法。《雷电放电数值模拟与主动防护》共分7章。第1章、第2章讲述雷暴云起电、荷电的基础知识，并着重介绍基于地面电场监测数据的雷云荷电模型量子反演方法；第3章讲述闪电现象及其物理特性；第4章讲述雷电先导放电的三维数值模拟方法；第5章、第6章讲述直击雷防护方法，特别是基于静电场屏蔽与对消原理的主动防雷方法；第7章讲述直击雷防护装置的防护效能评估方法。《雷电放电数值模拟与主动防护》全面介绍了作者在雷电放电数值模拟与主动防护领域的最新研究进展，可为雷电防护技术研究人员提供相关研究方法和基础理论，也可作为雷电防护方面的研究生专业教材和相关专业科研人员的技术参考书。
目录
第1章雷暴云1
1?1大气电学基础1
1?1?1晴天大气电场1
1?1?2云雾、雷电与降水的电场特征6
1?1?3全球电路概念8
1?2雷暴云的发展与分类10
1?2?1雷暴的形成与发展10
1?2?2雷暴云的分类12
1?3雷暴云的起电机制12
1?3?1雷暴云起电机制的评判依据13
1?3?2感应起电机制14
1?3?3温差起电机制17
1?3?4破碎起电机制19
1?3?5对流起电机制21
第2章雷云荷电模型及其结构参数反演23
2?1经典偶极子类模型23
2?1?1偶极子模型23
2?1?2正偶极/三极模型25
2?1?3关于云顶屏蔽层的讨论26
2?2带电圆盘模型27
2?3雷云元线性加权模型31
2?4基于量子形态滤波器的地面电场监测数据降噪预处理33
2?4?1量子信息学相关概念33
2?4?2数学形态学基本原理35
2?4?3量子形态滤波器36
2?4?4仿真测试37
2?4?5雷云地面电场监测信号降噪40
2?5雷云荷电模型的量子反演42
2?5?1反演模型42
2?5?2量子反演算法43
2?5?3反演实验47
第3章闪电现象51
3?1云体击穿机制51
3?1?1长间隙放电理论51
3?1?2尖端放电机制56
3?1?3逃逸击穿机制58
3?1?4关于击穿相变的讨论61
3?2闪电的分类66
3?2?1按照闪电的表现形状分类66
3?2?2按照闪电的空间位置分类68
3?3地闪的物理特征71
3?3?1地闪的结构71
3?3?2下行负地闪过程73
3?3?3其他类型地闪的一些特性76
3?4下行梯级先导的通道特性77
3?4?1梯级先导通道的轴向电场77
3?4?2梯级先导通道内的电荷分布79

第4章雷电先导放电的数值模拟82
4?1分形82
4?1?1自相似性和标度不变性82
4?1?2分形维数84
4?1?3分形维数的计算87
4?1?4雷电放电图像的分形特征88
4?2基于分形理论的雷电先导放电三维数值模拟方法89
4?2?1空间电势分布的计算89
4?2?2电介质击穿模型及其改进90
4?2?3地闪先导放电数值模拟算法的流程92
4?2?4关于分形边界上Dirichlet问题的讨论94
4?2?5数值模拟实验96
4?3介质击穿模型参数对分形模拟结果的影响98
4?3?1模拟结果的评价参数98
4?3?2概率指数对模拟结果的影响99
4?3?3通道内电场对模拟结果的影响102
4?3?4电场击穿阈值对模拟结果的影响103
第5章直击雷防护方法概述106
5?1基于引雷思想的直击雷防护方法106
5?1?1传统避雷针系统106
5?1?2提前流光发射装置110
5?1?3人工引雷技术112
5?2基于消雷思想的直击雷防护方法116
5?2?1地面消雷器116
5?2?2云中消雷119
5?3基于主动防雷思想的直击雷防护方法120

目录. v .
. vi .雷电放电数值模拟与主动防护
第6章局域屏蔽防雷击方法123
6?1局域屏蔽防雷击的基本思想123
6?1?1雷击点的选择性123
6?1?2静电场屏蔽与对消124
6?2局域屏蔽防雷击系统的构成127
6?2?1防护系统的构成127
6?2?2雷电电场实时监测设备128
6?2?3双极性直流高压电源132
6?3局域屏蔽防雷击系统的工作流程135
6?3?1防护系统的工作流程设计135
6?3?2防护系统工作流程的可靠性检验137
6?4有源防护装置及其结构优化设计141
6?4?1有源防护装置的工作状态分析141
6?4?2防护电极静电场分析的有限元算法143
6?4?3防护电极形状对附近电场的影响144
6?4?4有源防护装置结构配置的优化方法151
第7章直击雷防护装置防护效能评估方法159
7?1传统的直击雷防护装置防护效能评估方法159
7?1?1标准中单根避雷针（线）保护范围的计算方法159
7?1?2野外人工引雷实验163
7?1?3实验室缩比模型实验164
7?2直击雷防护装置防护效能数值评估方法166
7?2?1评估区域的建模方法166
7?2?2试验设置与雷击点的确定原则167
7?2?3评估算法的流程169
7?3单根避雷针系统的数值评估试验169
7?3?1接闪概率指数的标定169
7?3?2评估试验的雷电背景环境171
7?3?3数值评估结果及讨论172
7?4局域屏蔽防雷击系统的数值评估试验174
7?4?1局域屏蔽防雷击系统的评估试验设置174
7?4?2数值评估结果及讨论174
7?4?3有源防护装置的改进措施176
参考文献181





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