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dc.contributor.advisorLuque Estepa, Alejandro
dc.contributor.authorMalagón Romero, Alejandro Francisco
dc.contributor.otherUniversidad de Granada. Programa de Doctorado en Física y Ciencias del Espacioes_ES
dc.date.accessioned2021-04-08T11:10:51Z
dc.date.available2021-04-08T11:10:51Z
dc.date.issued2021
dc.date.submitted2021-03-23
dc.identifier.citationMalagón Romero, Alejandro Francisco. Numerical investigation on the advance of leader channels in lightning and long sparks. Granada: Universidad de Granada, 2021. [http://hdl.handle.net/10481/67863]es_ES
dc.identifier.isbn9788413068176
dc.identifier.urihttp://hdl.handle.net/10481/67863
dc.description.abstractThis thesis aims to study the stepped propagation of lightning channels with a prominently numerical approach. We have built a self-consistent state-ofthe- art 2D cylindrically symmetric model that accounts for charge transport, electrostatic interactions, gas heating, and expansion. In our efforts for improving our model, we have implemented a numerical method to solve the Poisson equation that allows us to reduce the size of the computational domain, speeding up our simulations. This method is also valid to optimize the calculation of the photoionization term in streamer discharge codes. We have used our model to investigate the emergence of space stems. These are luminous spots that appear ahead of an advancing leader mediating the leader’s stepped propagation. We show that space stems start as regions of locally depleted conductivity that form in the streamers of the corona around the leader. An attachment instability enhances the electric field leading to strongly inhomogeneous, bright, and locally warmer regions ahead of the leader that explain the existing observations. Space stems are known to readily launch counter-propagating streamers. These are believed to heat the space stem close to leader temperatures. Similarly, high-altitude electric discharges such as sprites develop a non-thermal version of a space stem known as glow. As space stems, glows also shoot counterpropagating streamers. We have studied the mechanism underlying the onset of these counter-propagating streamers with the AFIVO 3D streamer model. Our results show that an attachment instability leads to a charge accumulation at the boundaries of the glow, which enables it to shoot these counterpropagating streamers. This explains the characteristic shape of carrot sprites. Finally, we have studied the effect of a forced electric current through a spacestem- like structure. The source of this electric current could be the counterpropagating streamers mentioned above. In the same way, we have studied the influence of water in the development of a space stem under such conditions. Our results show that water enhances the initially small plasma inhomogeneities. This explains some of the features observed in the leader stepping and highlights the relevance of water chemistry models to address leader propagation.es_ES
dc.description.abstractEsta tesis tiene por objeto estudiar la propagación a saltos del canal de un rayo con un enfoque eminentemente numérico. Hemos desarrollado nuevo modelo numérico 2D con simetría cilíndrica capaz de describir el transporte de carga, las interacciones electrostáticas, el calentamiento y la expansión del gas que se dan en una descarga eléctrica. Al desarrollar un modelo numérico, es siempre importante su optimización para así agilizar las simulaciones. Para ello hemos implementado un método numérico que nos permite resolver la ecuación de Poisson en un dominio computacional ajustado a las dimensiones físicas de la descarga que simulamos. Este método también se puede utilizar para optimizar el cálculo del término de fotoionización que aparece en los códigos numéricos de descargas tipo dardo. Hemos usado nuestro modelo para investigar el origen de los tallos espaciales. Estos son manchas luminosas que aparecen delante de un líder a medida que se propaga. Nuestros resultados muestran que los tallos espaciales se originan en zonas de conductividad reducida en los dardos que forman las coronas en torno al líder. Una inestabilidad de adhesión incrementa el campo eléctrico en estas zonas de conductividad reducida. Esto conduce a zonas inhomogéneas, brillantes y más calientes delante del líder que explican las observaciones existentes. Los tallos espaciales son capaces de lanzar descargas tipo dardo. Estas descargas podrían ser responsables de calentar el tallo espacial hasta temperaturas cercanas a las del líder. De igual manera, descargas eléctricas a gran altitud como los ”sprites” desarrollan una versión a temperatura ambiente del tallo espacial que se conoce como ”brillo”. Como los tallos espaciales, los brillos son capaces de lanzar dardos. Hemos estudiado el mecanismo que subyace al lanzamiento de estos dardos con AFIVO 3D, un modelo para descargas eléctricas de tipo dardo. Nuestros resultados apuntan a que, de nuevo, una inestabilidad de adhesión produce una acumulación de carga en los bordes del ”brillo”, lo que lleva al lanzamiento de descargas tipo dardo. Esto explica la característica forma de los ”sprites” de tipo zanahoria. Finalmente, hemos estudiado el efecto que tiene una corriente fluyendo a través de un plasma similar al tallo espacial. El origen de esta corriente podría ser las descargas tipo dardo que emanan del mismo. También hemos estudiado la influencia del agua en el desarrollo del tallo espacial bajo una corriente eléctrica forzada. Nuestros resultados muestran que el agua favorece el desarrollo de inhomogeneidades en el plasma que inicialmente eran pequeñas. Esto explica algunas de las características observadas en los saltos de los lideres y subraya la importancia de que los modelos químicos incluyan agua para abordar la propagación del líder.es_ES
dc.description.sponsorshipTesis Univ. Granada.es_ES
dc.description.sponsorshipEuropean Research Council (ERC) under the European Union H2020 programme/ERC grant agreement 681257es_ES
dc.description.sponsorshipState Agency for Research of the Spanish MCIU through the “Center of Excellence Severo Ochoa” award for the Instituto de Astrofísica de Andalucía (SEV-2017-0709)es_ES
dc.format.mimetypeapplication/pdfen_US
dc.language.isoenges_ES
dc.publisherUniversidad de Granadaes_ES
dc.rightsAtribución-NoComercial-SinDerivadas 3.0 España*
dc.rights.urihttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/es/*
dc.subjectFísica de rayoses_ES
dc.subjectLightning physicses_ES
dc.titleNumerical investigation on the advance of leader channels in lightning and long sparkses_ES
dc.typeinfo:eu-repo/semantics/doctoralThesises_ES
europeana.typeTEXTen_US
europeana.dataProviderUniversidad de Granada. España.es_ES
europeana.rightshttp://creativecommons.org/licenses/by-nc-nd/3.0/en_US
dc.relation.projectIDinfo:eu-repo/grantAgreement/EC/H2020/681257
dc.rights.accessRightsinfo:eu-repo/semantics/openAccesses_ES
dc.type.hasVersioninfo:eu-repo/semantics/publishedVersiones_ES


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    Publicaciones financiadas por Framework Programme 7, Horizonte 2020, Horizonte Europa... del European Research Council de la Unión Europea en el marco del Proyecto OpenAIRE que promueve el acceso abierto a Europa.
  • Tesis
    Tesis leídas en la Universidad de Granada

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