流注茎的特性是先导起始与发展的关键问题之一,试验观测结果的不足制约了对流注茎形成与发展过程的深入研究,并导致建立的流注茎模型缺乏直接试验结果的验证。因此,本文以正极性冲击电压下长空气间隙放电中电极表面的流注茎作为研究对象,以试验研究为主,针对流注茎特性开展研究。基于长空气间隙放电中流注茎的特性和纹影系统的基本原理,设计了定标纹影系统的整体光路,建立了适用于0.7-1.0 m空气间隙放电的流注茎特性观测的定量纹影系统,该系统的时间分辨率为5μs,空间分辨率较现有定量纹影系统由100μm提高到70 μm,灵敏度较现有定量纹影系统提高了 200%。统计获得了放电电极表面流注茎的数量分布特性:服从对数正态分布,随着电极曲率半径和电压上升率的减小,其平均值逐渐减小。计算获得了不同电压波形下流注茎的热直径随时间的变化特性,通过定义流注茎的热直径的初始值,获得了 0.8A-7.5 A内流注茎初始截面积与初始电晕电流幅值的关系。流注茎的形态观测为仿真模型初始条件的选择奠定了基础。研究了纹影图片的背景噪声处理方法、纹影图片采样点的坐标修正方法和Abel逆变换算法,提出了由纹影图片计算流注茎的径向温度分布的方法和流程。计算获得了不同电压波形下的流注茎的径向温度分布和温升特性。流注茎的温度测量为其仿真模型的验证提供了直接的证据。发现了靠近电极和远离电极处流注茎的两类弛豫过程。获得了靠近电极的流注茎在弛豫过程中蘑菇气团的运动特性,提出了该类弛豫过程的机理,并建立了该类弛豫过程中蘑菇气团形成和运动的仿真模型,完善了学者Domens和雷拉第团队的解释。计算获得了远离电极的流注茎在弛豫过程中的温度分布和热半径,建立了该类弛豫过程的仿真模型,通过对比验证了模型的正确性。