电爆炸金属丝电路特性的研究

测定金属丝在不同条件下发生电爆炸时金属丝上的电压和电流,通过研究得到金属丝在不同条件下的电爆炸规律,在此基础上改进了单丝一维单温磁流体动力学数值计算模型,使之能够计算多丝并联电路.计算结果与实验结果基本吻合并能对各种含电爆炸元件的电路做出估算,为电爆炸断路开关的设计和改进提供参考.     

给定储能下水中金属丝阵电爆炸冲击波增强的方法

为了解决"总质量上限"对水中丝阵电爆炸冲击波的制约,提出了两种新型丝阵构型,"分裂丝"并联丝阵和"串-并联丝"丝阵.实验发现"分裂丝"丝阵电爆炸冲击波随着"分裂丝"数量增多而显著提高,在200 J的初始储能下,从直径0.2 mm单丝的25 MPa提高到直径0.05 mm 16 丝的91 MPa.借助"分流支路"成功分离...     

液体中金属丝电爆炸的研究现状与展望

液体中金属丝电爆炸(丝爆)不同于介质电击穿过程,涉及复杂金属相变,可产生具有更高能量效率的冲击波,已在化石能源开发等领域取得成功应用,也凸显出在地质勘探、矿山与安全工程等领域的巨大应用潜力.文中回顾了电爆炸冲击波技术的发展历程,基础研究方面分别从丝爆物理过程与冲击波产生机理、测量诊断和评估方法、冲击波特性与影响因素进行...     

空气中并联金属丝阵列电爆炸等离子体自辐射特性

在空气中开展了平面丝阵的电爆炸实验,对比研究了非难熔金属铜丝阵列和难熔金属钽丝阵列在电爆炸过程中的能量沉积特性,重点分析了其等离子体通道演化过程及光辐射特性。实验结果表明,随着铜丝阵列或钽丝阵列根数(质量)的增加,丝阵列在电压峰值前沉积的能量会有所增加且总体相变时间会变长。对于铜丝阵列,当其能量沉积速率较快时,电爆炸过程中的光辐射强度会随金属丝根数的增加而有所增加,但光辐射持续时间相对于单丝较短。铜丝和铜丝阵列电爆炸等离子体通道膨胀过程较快,放电中心通道内的加热和电离过程不够集中。当铜丝根数增加时,放电过程中各丝之间的相变时刻不够同步,放电等离子体通道发展极不均匀。对于钽丝阵列,在储能一定的条件下,随着钽丝阵列根数(质量)的增加,其光辐射强度会有所下降。钽丝和钽丝阵列在相变过程中的气液混合通道能够被加热到较高的温度,放电通道内热电离过程显著,等离子体通道易于发展,但放电通道膨胀速率要明显慢于铜丝。丝阵列放电过程中各丝之间相变时刻的不同步会影响电流的分布,进而导致各丝之间的能量沉积过程不同,使得丝阵列中各丝等离子体通道的建立过程不同步。     

水中裸铜丝与镀膜铜丝电爆炸积分光谱与冲击波特性实验研究

针对裸铜丝与镀膜铜丝在水介质中电爆炸的过程进行实验研究,并与其在空气中电爆炸的行为进行对比分析。搭建包括微秒量级脉冲电流源、放电负载与腔体在内的实验平台。将脉冲电流作用于金属丝引起电爆炸,测量负载电压、回路电流、冲击波压强以及全过程的积分光谱。实验结果表明,镀膜能够使金属丝沿面/内部击穿时刻产生0.2μs左右的时延,并略微提高金属丝沉积能量;此外,镀膜能够有效降低光辐射强度,但对电爆炸产生的冲击波影响并不明显。该研究对于水中金属丝电爆炸相关机制研究及其工业应用具有一定参考意义。     

超长金属丝电爆炸等离子体的轴向光辐射均匀性

利用金属丝电爆炸等离子体辐射强脉冲闪光驱动光敏炸药起爆,是开展强脉冲X射线热-力学效应研究的理想模拟加载方法之一,其关键问题是超长金属丝电爆炸的轴向光辐射均匀性。基于数字图像处理技术,建立了金属丝电爆炸等离子体光辐射均匀性定量化表征方法,分析了金属丝电爆炸沉积能量、金属丝材质和金属丝线质量密度分布等参数对其光辐射均匀性的影响规律。研究结果表明:沉积能量是影响金属丝电爆炸过程中光辐射均匀性的主要影响因素之一,在高脉冲功率源储能下,金属丝加载脉冲电流幅值高、上升时间快,其快速地沉积能量和欧姆加热过程有效提高了光辐射均匀性;其次,在欧姆加热阶段,难熔金属丝比易熔金属丝在电爆炸过程中更易获得均匀的轴向光辐射;最后,金属丝的线质量密度分布也会影响其光辐射均匀性,在质量密度不均匀处易形成较早的局部电爆炸,并产生强闪光点发射。     

水中铜丝电爆炸激光阴影及流体模拟研究

水中金属丝电爆炸是获得水下强冲击波的有效方式。为此采用双透镜四焦距成像系统减小相差,在保证良好对焦的前提下拍摄了最优放电模式下水中铜丝电爆炸的激光阴影图像,并结合放电电信号波形对其演化过程进行了描述和分析。实验结果表明:金属丝在熔化结束之前产生第1个明显的压力波,该压力波在阴影图像中呈现分层结构,并以接近静水声速的速度传播,其后被主冲击波追赶直至淹没。在汽化阶段,金属丝开始显著膨胀,且早期水流密度分布造成阴影图像边界模糊。爆炸丝及主冲击波均表现出良好的轴向均匀性,边界平滑、整齐。进一步利用流体力学模型对上述丝爆产生冲击波过程进行研究,基于实测爆炸丝膨胀轨迹模拟得到的冲击波传播轨迹与实验结果高度一致;冲击波波形及爆炸丝压力等重要物理信息也可通过模型计算给出。     

含电爆炸元件电路的PSpice模拟和实验研究

基于金属上流过脉冲大电流产生电爆炸时金属电阻率与注入能量的关系建立了含电爆炸元件电路的集总参数PSpice电路模型,通过该模型可以对含电爆炸元件电路进行快速模拟计算,给出一些规律性的结果。模拟表明常见金属中银丝的使用效果较好,并且预计使用金丝可能得到更好的效果,负载的大小对于爆炸丝的断流效果有重要影响。这些结论和已知实验规律相符,能够帮助理解电爆炸过程和较好的解释实验现象。     

不同负载尺寸下水中铜丝电爆炸特性的实验研究

水中金属丝电爆炸是获得水下强冲击波的有效方式,在液电成型、非常规天然气开采等领域有重要应用前景.为此基于水中金属丝电爆炸实验平台,在固定初始储能下研究了较大范围内负载直径和长度对水中铜丝电爆炸电学特性和冲击波特性的影响,并研究了不同回路电感和初始储能下匹配模式的负载尺寸,基于实验数据对匹配模式经验公式进行了分析和修正....     

水中电爆炸放电通道特性0维数值模拟

为研究水中金属丝电爆炸现象的物理过程,建立了一种简单、易于工程应用的描述水中金属丝电爆炸放电通道等离子体特性的数值模拟方法。该方法基于理想流体力学方程组,采用非连续传播理论描述放电通道与水的作用过程,金属等离子体电导率采用美国Sandia国家实验室数据,状态方程采用理想气体状态方程,依据Tucker电阻率-比作用量模型与Sariksov 0维热力学模型估算等离子体通道初始状态。以已有实验数据作为输入条件进行了计算,结果表明:所提出模型的计算结果与文献实验结果、磁流体力学模型计算结果一致性较好;计算得到电爆炸过程形成的等离子体放电通道压强、温度、膨胀速度分别可达6 GPa、3 eV、1 100 m/s。     

氩气气压对铝丝电爆炸合成纳米粉体特性的影响

为了研究氩气气压对铝丝电爆炸法合成的铝纳米粉体特性的影响,建立了一台基于金属丝电爆炸的纳米粉体生产和收集装置,在不同氩气气压条件下成功地制备了铝纳米粉体。利用透射电子显微镜(TEM)观察了合成的铝纳米粉体的形态与结构,并通过TEM图像分析得到了铝纳米粉体的粒径大小及其分布。结果表明:当氩气气压较高时,铝纳米粉体颗粒外形规则,呈球形;其平均粒径比低气压时大;当氩气气压<100kPa时,较高的氩气气压可显著地扩宽铝纳米粉体的粒径分布范围。分析发现,采用这种方法制备的铝纳米粉体的颗粒外形、颗粒粒径及其粒径分布均可以通过改变氩气气压来进行控制。     

低压断路器中空气电弧重击穿现象的仿真与实验研究

低压断路器用于接通和分断电路中的电流。当故障电流产生时，动触头和静触头打开，在触头间产生电弧，随后在电磁场和气流场的作用下向灭弧栅片运动。在运动过程中会出现电弧的停滞和后退的重击穿现象，严重降低了断路器的开断性能。该文以磁流体动力学(MHD)为基础建立了三维空气电弧等离子体在外部磁场作用下运动的数学模型，此模型可以预测电弧的重击穿现象，并发现当灭弧室的出口面积为60%时，电弧在3mT磁场的作用下运动时出现了重击穿现象，而当磁场增大到5mT时重击穿现象消失。此外，还发现当磁场为10mT时，在出口面积分别为20%、60%和100% 3种情况下电弧均可以顺利到达栅片，在运动的过程中没有电弧重击穿现象的发生。     

采用电爆炸开关产生纳秒脉冲的实验研究

论述了电爆炸导体的爆炸机制,设计了两个电爆炸断路开关的电感储能电路,通过斩波来产生一个纳秒级大电流的单触发脉冲。通过实验探讨了电爆炸丝的参数对这个脉冲的影响。在实验中,通过调节导体参数,可得到脉宽100ns,幅值3kA的大电流脉冲。     

MV级电爆炸导体开关输出脉冲的数值模拟与实验

介绍用电爆炸导体开关产生 ＭＶ级高压脉冲的方法,建立了开关的计算模型,给出了与电感储能系统耦合时,开关上电流电压波形的计算结果与实验结果。     

面向化石能源开发的电爆炸冲击波技术研究进展

针对化石能源开发中储层改造技术的局限性,创新性地提出了重复脉冲强冲击波增透储层新技术。分析了水中放电、金属丝电爆炸和电爆炸等离子体驱动含能混合物产生冲击波的3种机理。介绍了冲击波作用储层的机理研究和现场应用结果,从理论、实验和现场实践验证了冲击波技术增透储层的可行性。结果表明,以电爆炸等离子体驱动含能混合物产生更强的和区域可控的冲击波,可针对储层做单点多次、分段式的增透改造,在化石能源开发中的意义重大。     

大储能爆炸丝模拟试验放电现象的研究

本文讨论了大储能爆炸丝模拟试验放电现象研究的试验装置、分析方法及试验结果。并得出结论:大储能爆炸丝模拟试验放电现象是以金属丝为先导的电弧振荡过程,其放电特性主要由放电回路的储能电容、充电电压和回路电感所确定。     

一种用于测量金属丝段电爆炸的电阻分压器设计

设计了一种开关型电阻分压器,用于对金属丝电爆炸的实验研究。在电容器充电过程中,开关断开,保证分压器的高低压臂电阻不因电压高而烧毁;在金属丝落入高压电场中的时候,开关闭合,在电阻分压器上输出电压。合理的设计开关结构、电阻参数和精确的控制开关的通断时间,可以准确的测量金属丝电爆炸过程中的电压波形。此分压器使用方便,所测波形稳定可靠,为后续的实验奠定了基础。     

高压电场中金属丝段的电爆现象

金属丝电爆是制备超细粉的一种新方法,为了解决通常所采用金属丝与电极接触后通入大电流的电爆方法容易发生电极烧蚀这一问题,开发了高压电场中金属丝段与电极非接触电爆的设备。通过改变电极间距、金属丝长度和电场电压,进行了系列高压电场中金属丝段电爆试验。结果表明,在高压电场中电极与金属丝的端部发生气体放电,将大电流导入金属丝段而发生电爆,可减轻对电极的烧蚀;由于金属丝段的端部与电极之间的等离子体旁路作用,金属丝段的端部残留0.5~2 mm长的金属丝不发生电爆;适于制备粉末的电场中金属丝段电爆的工艺条件是,电场电压为6、7、8 kV时,与之匹配的电极间距与丝长之差的范围分别为:1.8~4 mm、2.2~5.8 mm和3.2~8 mm。