Методические указания к лабораторной работе

1 Параметры модели

В ходе работы Вам предстоит осуществить компьютерное моделирование процесса пробоя диэлектрика. Изучаемая модель пробоя включает в себя несколько параметров, от значения которых зависит характер развития разряда. Эти параметры можно разделить на два типа.

К первому относятся параметры, связанные со свойствами диэлектрика:

критическая напряженность поля Е_c (Threshold field),

показатель роста (Growth exponent),

временной параметр  (Time parameter),

начальная проводимость канала, который начинается с острия (Initial conductivity),

параметр увеличения проводимости канала  (Increasing parameter),

параметр передачи проводимости вновь образовавшемуся каналу от которого он ответвился  (Transition parameter),

параметр уменьшения проводимости канала  (Decay parameter).

Ко второму типу относятся параметры, описывающие условия пробоя:

полное напряжение V₀ на разрядном промежутке (Applied voltage),

размер квадратной решетки моделирующей диэлектрик и длина L острия (Needle length), с которого инициируется разряд.

Размер решетки 30х40 неизменяем, остальные параметры можно изменить используя меню программы (см. п. 4.2.).

2 Описание программы

При запуске программы появляется заставка, которая исчезает после нажатия любой клавиши или по истечению некоторого времени, затем появляется рабочий экран. Рабочий экран состоит из главного меню, списка параметров, окон отображающих картину пробоя и графиков (выводятся после начала счета).

Главное меню состоит из семи пунктов.

“Conditions”- ввод параметров модели, при выборе которого появляется вертикальное подменю, содержащее пять следующих пунктов:

“Condition” - после выбора этого пункта запрашивается подтверждение ввода новых параметров, в случае положительного ответа вы можете изменять

длину острия L (Needle length) и

значение приложенного напряжения V₀ (Applied voltage).

После чего производится пересчет поля с новыми условиями пробоя.

“Dielectric” - выбор этого пункта позволяет вам изменять следующие параметры: показатель роста  (Growth exponent),

критическую напряженность поля Е_с (Threshold field), и

временной параметр  (Time parameter).

“Channals” - позволяет внести изменение следующих параметров:

параметры передачи проводимости вновь образовавшемуся каналу от которого он ответвился  (Transition parameter),

параметр увеличения проводимости канала  (Increasing parameter),

параметр уменьшения проводимости канала  (Decay),

начальная проводимость канала, который начинается с острия (Initial conductivity).

“Inclusion” - после выбора этого пункта появляется следующее меню, позволяющее выбрать форму включения

New rectangle - прямоугольник,

New ellipse - эллипс,

а также редактировать уже введенные включения (Edit). При выборе первых двух пунктов в среднем окне появляется курсор. Перемещая курсор стрелками на клавиатуре выберите левую верхнюю вершину области включения и зафиксируйте ее нажатием клавиши “Enter”. Аналогичным образом выберите правую нижнюю вершину области включения (если форма включения - эллипс (New ellipse), то в выбранную прямоугольную область будет вписан эллипс). По окончанию ввода геометрии включения появляется окно, которое позволяет изменить значения плотности свободных зарядов  и проницаемости  в выбранной области. Здесь вводится значение, на которое необходимо изменить соответствующий параметр (наример нужно, чтобы включение обладало проницаемостью равной 20. Для этого в поле “Add E.Condil” надо ввести 19. Так как сам диэлектрик обладает проницаемостью равной единице, то в результате 19+1=20 - проницаемость в выбранной области будет равна двадцати). После чего происходит пересчет полей.

При выборе пункта “Edit” появляется окно “Inclusions list”, в котором можно посмотреть введенные включения и их параметры, а также удалить ненужные.

“Options” - выбор этого пункта позволяет определить в каких окнах показывать введенные включения (Window1 [x], Window2 [x], Window3[x]), по умолчанию включения отображаются во всех окнах. А также указать через сколько интервалов времени выводить изменения графиков (Change).

Во всех окнах ввода параметров указаны пределы их изменения.

“Growth” - после выбора этого пункта начинается моделирование процесса, который можно прервать в произвольный момент времени нажатием любой клавиши и попасть в главное меню после подтверждения о прекращении процесса моделирования.

“Inspector” - при выборе этого пункта меню в первом окне появляется курсор, который перемещается стрелками на клавиатуре, а в нижнем левом углу экрана отображается окно “Data Inspector”, в котором выводятся значение следующих параметров в точке, на которой находится курсор:

координаты точки,

потенциал  (Potenial),

напряженность электрического поля E (Field),

плотность свободных зарядов  (Free Charge),

плотность полного заряда (Total Charge),

проницаемость диэлектрика  (E.Соndil) и

проводимость канала  (Conductivity),

если курсор находится на разрядной структуре.

“Print” - вывод содержимого экрана на принтер (в черно-белом варианте, см. “Drawing BW”). Возможна печать в черновом режиме (Draft), нормальном (Normal), уменьшенном (Little) для матричных и струйных принтеров и на лазерном принтере (Laser).

“Information” - получение информации о программе, методе и разработчиках.

“Drawing BW” - просмотр вида черно белого экрана, который будет печататься при выборе меню “Print”. Здесь задаются следующие параметры: процент от максимальной проводимости, выше которого каналы будут рисоваться толстыми линиями (Criterion for drawing), число эквипотенциальных линий (Number izoline) в первом и втором окнах.

“Quit” - выход из программы.

По каждому пункту меню можно получить короткую информацию нажав клавишу F1.

Под главным меню выведены параметры модели (SIMULATION PARAMETERS), с которыми в данный момент производится расчет. Справа выводятся текущие значения числа пробитых точек (DS Site) и времени развитии разряда (Time).

Ниже расположены три окна, в которых отображается следующая информация:

- в первом окне (окна нумеруются слева направо) отображается напряженность поля в межэлектродном промежутке и распределение плотности свободных зарядов в разрядной структуре, значение которых можно определить с помощью цветовой палитры, расположенной слева от окна и максимального и минимального значений, выведенных под окном;

- во втором окне отображается распределение потенциала в межэлектродном промежутке;

- в третьем окне отображается проводимость каналов разрядной структуры.

Под окнами выводятся три графика:

1) Зависимость lnr от lnN

2) Зависимость Q от t

3) Зависимость l от t

где N - число пробитых узлов,

Q - общий заряд,

t - текущее время развития пробоя, l - максимальная длина канала структуры разряда.

Вариант	U1	U2	U3	U4	U5	L
1	182	246	310	374	438	7
2	185	246	307	368	429	8
3	191	259	327	395	463	9
4	197	256	315	374	433	10
5	203	260	317	374	431	11
6	208	262	316	370	424	10
7	210	262	314	366	418	9
8	214	270	326	382	438	8
9	217	275	333	391	449	7
10	219	272	325	378	431	11
11	182	243	304	365	426	10
12	185	253	321	389	457	9
13	191	250	309	368	427	8
14	197	254	311	368	425	7
15	203	257	311	365	419	10
16	208	269	330	391	452	9
17	210	278	346	414	482	8
18	214	273	332	391	450	7
19	217	274	331	388	445	11
20	219	273	327	381	435	10
21	182	234	286	338	390	9
22	185	241	297	353	409	8
23	191	249	307	365	423	7
24	197	250	303	356	409	8