空气中流注放电的数据驱动简化建模

我们提出了一个用于模拟丝状放电的计算框架，其中通道表示为导电圆柱段。该框架需要一个模型来预测下一时间步通道的位置、半径和线电导率。利用这些信息，更新数值网格上的电导率，并通过求解变系数泊松方程计算新的电势。使用支持自适应网格细化的并行场求解器，该框架提供Python接口以便于实验。我们演示了如何使用该框架模拟空气中的正流注放电。首先，生成一个包含1000个轴对称正流注模拟的数据集，其中施加电压和电极几何形状变化。从该数据集推导出流注半径、速度和线电导率的拟合表达式，以流注前方高场区域的大小作为输入。然后，我们构建了一个空气中正流注的简化模型，其中包括随机分支模型。简化模型与数据集中的轴对称模拟比较良好，同时允许空间和时间步长比原始模拟大几个数量级。使用简化模型进行的3D模拟类似于实验观察到的放电形态。该模型运行高效，在台式计算机上，包含20多个流注的3D模拟需要4-8分钟。