Theory of dielectric breakdown in metal-loaded dielectrics

Beale, Paul D.; Duxbury, P. M.

doi:10.1103/physrevb.37.2785

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“…Beale et al 28 propôs um modelo de ruptura de dielétrico onde o processo ocorre via uma série de falhas microscópicas que leva a uma ruptura macroscópica e à uma descarga eletrostática. O campo elétrico necessário para causar esta completa ruptura é o mesmo campo que é necessário para causar uma falha microscópica.…”

Section: Resultsunclassified

Acúmulo de cargas elétricas em propelente sólido compósito com matriz de polibutadieno líquido hidroxilado

Manea¹,

Manea²,

Iha³

et al. 2014

Quím. Nova

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. Composite solid propellants prepared with HTPB prepolymer -Hydroxyl Terminated Polybutadiene, AP -Ammonium Perchlorate as oxidizer and aluminum particles as an additive metal, have characteristics of high electrical resistivity. The loading process of the polymer matrix did not obtain homogeneity, resulting in clusters, mainly of metal particles. The effect of clustering in the composite was studied and observed experimentally, and this effect was one of the factors explaining the phenomenon of electrical charging of the composite. This electrical potential, when discharged abruptly, can generate an electric spark with sufficient energy for sustained ignition of a solid rocket motor.Keywords: composite solid propellant; static-charge accumulation; electrostatic discharge. INTRODUÇÃOA propulsão química utilizada em lançadores de satélites, espaçonaves e mísseis é designada como motores aeroespaciais que utilizam a energia das ligações químicas produzida inicialmente pela decomposição térmica das espécies químicas dos propelentes sólidos, líquidos ou híbridos. A configuração do propelente e do oxidante é diversa em cada motor e aplicável de acordo com as necessidades e características da missão a ser desenvolvida pelo engenho. O motor híbrido, normalmente, é uma configuração composta por um combustível sólido instalado numa câmara de combustão na qual é injetado o oxidante que pode estar no estado líquido ou gasoso. A reação de combustão, por ser exotérmica, produz gases quentes que ao expandirem são direcionados para a saída do tubo motor foguete onde está localizado o convergente-divergente do motor, produzindo assim empuxo. Na concepção do motor foguete com propulsão líquida, os propelentes, combustível e oxidante são armazenados separadamente no estado líquido, sendo bombeados para a câmara de combustão do motor onde ocorre a queima. Da mesma forma, essa queima gera gases quentes, e consequentemente, empuxo.Os motores foguetes que utilizam propelentes sólidos do tipo compósito são empregados como base para sistemas de propulsão otimizados, onde o volume de energia acumulado permite usar um engenho de menor porte quando comparado ao híbrido ou líquido. Nesse caso, o controle da velocidade da queima é exercido por meio da medida linear de queima do propelente, a qual é dependente da composição físico-química dos ingredientes do propelente, da geometria do grão e da pressão na câmara de combustão durante a operação do motor. 1 Os propelentes sólidos são composições onde matrizes poliméri-cas são carregadas sob a forma de um material compósito com uma quantidade elevada de partículas sólidas dispersas de forma aleató-ria nessa mesma matriz. No processamento do material, busca-se distribuir essas partículas sólidas, constituídas principalmente por espécies combustíveis e oxidantes, de forma homogênea para que ocorra um processo de combustão regular pela intima proximidade entre as espécies químicas envolvidas. Para obter uma força propulsiva maximizada utiliza-se uma quantidade mínima do polímero, suficiente para...

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Section: Resultsunclassified

Acúmulo de cargas elétricas em propelente sólido compósito com matriz de polibutadieno líquido hidroxilado

Manea¹,

Manea²,

Iha³

et al. 2014

Quím. Nova

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“…Although a similar assumption that breakdown occurs when the maximum cluster's length becomes large enough was proposed by other authors, [10][11][12] here, a quantitative approach to describe the stochastic behavior of electrical breakdown strength and lifetime can be derived from our model. In a matrix with finite size, the probability of no clusters larger than l can be written as 13,14 …”

Section: Discussionmentioning

confidence: 99%

Statistical behavior of electrical breakdown in insulating polymers

Wang

Cheng

et al. 2010

Journal of Applied Physics

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A simulation model to investigate the statistical property of electrical breakdown is presented based on the field-assisted percolation model for dielectric breakdown, by expressing the disorder in morphology as randomly distributed trap barriers. The effects of sample area and large defects on the statistical property of breakdown are also studied, and the statistical behavior of the lifetime is investigated by considering the stochastic development of deteriorated regions. In addition an equation describing the breakdown probability in homogeneous materials is derived from percolation theory, which we show fits well to the simulation data. The breakdown probability is expressed in terms of trap distribution, and thus provides a way to connect the disorder in polymer morphology with the stochastic nature of breakdown.

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“…[10][11][12][13][14][15][16] The streamer tree is assumed to be fully conductive and electrically attached to the electrode from which it originates. The voltage field is defined over a set of points in a rectangular grid.…”

Section: Physical Model and Algorithmmentioning

confidence: 99%

Dielectric breakdown in a simplified parallel model

Fowler

Devaney

Hagedorn

et al. 1998

Computers in Physics

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The growth of streamer trees in insulating fluids ͑a submicrosecond process that triggers high-voltage breakdown͒ has been simulated with a combination of parallel-coding tools. Large grids and arrays display well the multifractal, self-avoiding character of the streamer trees. Three physical cases have been approximated by different power-law weightings of the statistical growth filter: dense anode trees, in the uniform field; sparse cathode trees ͑a rarer experimental case͒; and ultrasparse anode trees ͑seen in some fluids of higher viscosity͒. The model is contained in a software package that is written in Fortran 90 with data parallel extensions for distributed execution. These extensions encapsulate an underlying, invisible message-passing environment, thus enabling the solution of memory-intensive problems on a group of limited-memory processors. Block partitioning creates processes of reasonable size, which operate in parallel like small copies of the original code. The user needs only to express his model in transparent array-directed commands; parallel interfacing between blocks is handled invisibly. Breakdown is performed in parallel in each of the local blocks. Results are presented for experiments run on eight and nine nodes of the IBM SP2, and four and eight nodes of the SGI Onyx and Origin, three examples of multiple-processor machines. Display is carried out in three dimensions. Timing of the growth can be shown by color banding or by frame animation of the results. The adequacy of the growth rules and size scaling are tested by comparing the simulations against snapshots from high-voltage discharge events. ͓S0894-1866͑98͒01805-7͔

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Theory of dielectric breakdown in metal-loaded dielectrics

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Acúmulo de cargas elétricas em propelente sólido compósito com matriz de polibutadieno líquido hidroxilado

Acúmulo de cargas elétricas em propelente sólido compósito com matriz de polibutadieno líquido hidroxilado

Statistical behavior of electrical breakdown in insulating polymers

Dielectric breakdown in a simplified parallel model

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