不同脉冲电流下水中铜丝电爆炸特性的实验研究

开展了微秒尺度不同脉冲电流下水中金属铜丝电爆炸光辐射与冲击波特性研究。在相同的储能与放电模式下,使用不同上升速率的脉冲电流驱动相同规格的金属丝产生电爆炸,并测量放电过程中的负载电压、回路电流、光辐射强度、时间积分光谱与冲击波压力波形,据此计算了负载沉积能量并重建了冲击波波形。实验结果表明,电流上升速率对电爆炸过程存在显著影响,在500J系统储能、平均上升速率为66.1A/ns与7.7A/ns的脉冲电流作用下负载在电压峰值时刻的沉积能量分别为18.6eV/atom与10.3eV/atom,冲击波峰值压力分别为7.6MPa与7.0MPa。此外,光强–时间曲线表明光辐射峰值出现在放电中后期并持续几十微秒。总体而言,更快电流上升速率下的水中铜丝电爆炸将导致更多能量在电压峰值前沉积,伴随更强的光辐射,并产生具有更高压力峰值且衰减更快的冲击波。本研究对水中金属丝电爆炸伴随效应的研究及其工业应用具有一定参考意义。     

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。实验结果表明金属丝直径和长度的改变会显著影响金属丝汽化后的电阻,使电爆炸过程出现不同的放电模式,其中匹配模式能量沉积效率和产生的冲击波近场峰值近乎最高,且一定电路参数对应的负载尺寸唯一;水下丝爆冲击波波前在传播过程中由柱面(近场)向球面(远场)过渡,其峰值压力可近似认为按径向距离的常数幂衰减,不同长度金属丝产生的冲击波随传播距离的衰减快慢不同,基于实验数据给出了衰减指数的经验公式。     

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。     

水环境下铜丝电爆炸特性及其冲击波行为

针对油气田储层改造中金属丝电爆炸这一新的物理增产技术,为了研究电爆炸冲击波与放电参数之间的关系,搭建了电爆炸试验平台,以铜丝为负载开展了不同放电参数下爆炸特性试验。通过对放电过程中电压、电流、电阻及其沉积能量的分析,研究了电容容量和储能大小对金属丝相变时间、沉积能量及冲击波的影响规律。结果表明,在铜丝从固态到液态相变过程中,电容容量和储能大小对其影响不大,沉积能量为其理论热焓值3倍左右;在铜丝汽化过程中,随着电容储能的增加,60μF容量电容放电时的能量沉积速率要低于30μF容量电容放电,但60μF容量电容在储能较低时仍有较好的放电稳定性。在丝放电过程中,冲击波的峰值压力与铜丝汽化过程中的沉积能量有着紧密的关系,随着沉积能量的增加,它们具有相同的变化趋势。     

铜丝电爆炸等离子体对含能材料的驱动特性

水中冲击波技术应用广泛,冲击波的能量和重复频率是其实际应用的重要指标。金属丝电爆炸驱动含能材料的方法,可实现保证重复频率工作的前提下,提高冲击波能量,增强其破坏效应。为此研究了不同系统初始储能下铜丝几何参数对驱动效果的影响,分析了金属丝包覆含能材料后的放电特性,并通过对金属丝放电波形和冲击波波形的对比分析,研究了不同系统初始储能下,铜丝几何参数对驱动效果的影响。研究结果表明:覆于金属丝外部的含能材料会吸收丝爆产生冲击波的能量,从而减小冲击波峰值压力,但会增大冲击波冲量,增强了冲击波的破坏效应;系统储能较低时,存在最优金属丝参数,一定条件下使其对含能材料的驱动效果最佳,产生的冲击波最强;当系统储能较高时,金属丝直径等参数对驱动效果的影响不显著;金属丝电爆炸驱动含能材料的机制可能是强冲击波、等离子体和强辐射等因素的联合作用。     

金属丝电爆炸研究进展-(Ⅱ):水环境

水中金属丝电爆炸在温密等离子体基础研究、强冲击波产生等方面有重要应用,受到研究人员的持续关注。基于大量实验结果及多种精密诊断系统,研究人员对水中金属丝电爆炸的基本物理过程和实验规律有了更深入的认识,并基于此建立了多种仿真模型,取得了一些重要的研究成果。文中在广泛调研国内外现有文献的基础上,描述了水中金属丝电爆炸的电爆炸特性和冲击波特性,分析了丝参数、电参数和水介质参数对于水中金属丝电爆炸的影响规律,总结了水中金属丝电爆炸仿真研究采用的比作用量模型、无量纲模型和磁流体模型,并对水中金属丝阵内爆研究,以及水中金属丝电爆炸在产生强冲击波、制备纳米材料等的应用研究进行了综述。最后指出水中金属丝电爆炸在电爆炸产物的密度和冲击波压力测量、丝爆相变过程和击穿过程等方面还有待深入研究,对今后继续深入开展该领域的研究工作具有一定的借鉴作用。     

介质对铜丝电爆炸沉积能量的影响

铜丝在电爆炸过程中要经历固态、液态、气态和等离子体4种状态,而铜丝在电爆炸过程中吸收的能量全部来自于电流的焦耳热效应,爆炸时周围介质对爆炸过程有着显著的影响.为此对μs脉冲电压下空气和水介质中铜丝电爆炸进行了实验研究,利用自积分Rogowski线圈和电阻分压器分别测量铜丝电爆炸时的电流和电压.利用数学方法分别计算了铜丝...     

空气中不同金属丝电爆炸的光辐射特性

金属丝电爆炸过程伴随明显光辐射现象,该现象蕴含大量信息,为此研究了空气中铝(Al)、钛(Ti)、铁(Fe)、铜(Cu)、钼(Mo)、银(Ag)、钽(Ta)、钨(W)8种材质的金属丝以及石墨芯C在亚微秒与微秒尺度脉冲电流作用下电爆炸的光辐射特性。搭建了金属丝电爆炸实验平台与诊断系统。在系统储能500 J的情况下,将上升沿约为45 A/ns与5 A/ns的脉冲电流分别施加在长1 cm、直径200μm的金属丝/石墨芯负载上,并测量负载电压、回路电流、光强与时间积分光谱。实验结果表明,光电管可响应的光辐射起始于负载阻性电压下降时刻,并随着放电过程结束逐渐达到最大值,发光过程持续时间300μs。从幅值来看,Ti丝电爆炸具有最强的光辐射,在5 A/ns脉冲电流作用时幅值为Cu丝的3倍。非难熔金属Al、Cu、Ag具有相似的光辐射特性,包括相似的光强–时间曲线以及具有明显线状谱的时间积分光谱;难熔金属Mo、Ta、W具有相似的光强–时间曲线且积分光谱以连续谱为主;石墨芯与难熔金属具有相似的光强–时间曲线,积分光谱却存在明显的线状谱。此外,金属丝电爆炸光辐射能量在250~380nm的波段具有较强的分量,比例最高为Cu丝,可达42.9%。不同材质金属丝电爆炸的光辐射具有很大差异,可以推测其等离子体通道温度、密度、电离度等参数存在较大差异。     

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...     

氩气环境中铝单丝电爆炸空间形态演化特性

搭建用于研究气氛环境中电爆炸过程的光–电联合诊断平台,对直径20μm铝丝在20～400kPa氩气中电爆炸过程的电参数及空间形态进行观测。根据电压、电流及辐射强度测量结果,对2种模式(内部击穿与外部分流)下的爆炸过程进行分析,计算得到比沉积能量、峰值功率、击穿场强等电参数随气压的变化规律。通过分幅图像与基于激光探针的阴影、纹影及干涉图像相结合,对泡沫状结构、分层现象及轴向分布不均匀性进行观测,同时分析得到3种典型形态的径向分布特征。通过阴影图像确定高密度丝核边界及冲击波的位置,重建不同气压下丝核与冲击波的扩散轨迹,并计算得到了其扩散速度。该文的研究结果对气氛环境中金属丝电爆炸机制的研究及其在应用中的参数优化具有参考价值。     

变电站接地网的精确测量探讨

变电所接地网接地电阻测量的理论基础是电位降法,最常用的测量方法是三极法,这些当前测量接地网接地电阻的多数方法只测出其电阻或者模值,为此提出了串联电阻法和改进的瓦特表法,用这2种方法可很方便获得接地网接地阻抗的阻性和感性分量。在测量过程中,电压和电流引线间的互感不能忽略,尤其是大型变电站接地网。电位线中感应电势与电流线中的电流非正交,测量引线间的互感中存在阻性分量。测量得到的接地阻抗减掉测量引线间的互感,就可得到接地网的真实接地阻抗。     

Experimentation on Magnetically Driven Shock Waves

This experiment uses a relatively simple physical phenomenon to produce shock waves of an ionized gas. If two wires carry currents in opposite directions, they repel one another, due to the mutually coupled magnetic field. In this experiment, the "two wires" consisted of a stream of ionized gas and a fixed conductor. The stream of ionized gas was produced in an evacuated tube by discharging a bank of capacitors; it then was accelerated down the tube by the "push" exerted by the magnetic field. The magnetic field, created by the current flow in the circuit, can be determined from measurements of this current. Three independent techniques for the measurement of current agree within 25 per cent of one another. The velocity of the shock wave was measured, using two photo-multiplier tubes to sense the emitted light of the moving plasma at two positions along the shock tube. The velocity was around 10 cm/?sec, or 300 times the speed of sound. To minimize the inherent complexity of the experiment, the pressure in the tube was held constant. The magnitude of the pressure was derived both by measiring the gas conductivity and by using a calibrated thermocouple vacuum gauge. The gas used was air at a pressure of 0.7 mm of mercury.     

电磁脉冲模拟器下架空线缆响应的实验研究

实验研究架空线缆的电磁脉冲(EMP)响应。利用有界波EMP模拟器和辐射波EMP模拟器产生的电磁环境,分别开展了架空线缆的响应实验,有界波模拟器下进行了4.6m长、0.5m高的单、多根短线缆响应实验,辐射波模拟器下进行了40m长、3.3m高的长线缆响应实验。实验测试了线缆在端接不同负载时端点处的电流响应,并与基于Agrawal模型的计算结果进行了对比。结果显示,两种实验环境下的测量和计算结果吻合较好。这表明,有界波EMP模拟器和辐射波EMP模拟器均可以开展线缆的EMP响应实验研究,并且实验结果也验证了运用Agrawal模型预测分析线缆EMP响应的有效性。     

A study of the electric-field intensity of conductors of a 500-kV air line

Electrostatic-field intensities have been obtained by mathematical simulations of the electric field of AS conductors of a 500-kV air line (AL) and numerical analysis based on the finite-element method using the Ansoft Maxwell software. The irregularity of the wire surface of an air line and the inhomogeneities of surface of the last cable layer have been taken into account in the study. The latter lead to a local increase in the field intensity, which, in turn, results in a loss of useful power. Phase splitting is used to decrease the electric- field intensity on air lines. Furthermore, the intensity on the individual wire decreases and, as a result, loss of power is reduced with respect to the corona discharge and line inductive reactance. Thus, to decrease loss of power of wires and to prolong the lifetime of wires, it is necessary to determine correctly the cross section of wires and kind of phase splitting. A 2D mathematical model of the AL electrostatic field has been developed that takes into account the inhomogeneity of the shape of the wire surface. The analytical solution of the initial problem has been considered, and the numerical and analytical results for a cylindrical wire surface have been compared. The fields for four cases of an AS conductor with different versions of splitting have been studied. The curves of field intensities near a conductor surface as a function of the cross section and number of wires in the AL phase have been plotted.     

Discharge Current From Coated Wire to GMR Head

The giant magnetoresistive (GMR) head used in magnetic recording is an extremely sensitive device that is sensitive to electrostatic discharge (ESD). A generally available coated wire that is electrified on its surface can increase the potential of the copper core. When the wire is touched to the GMR head terminal, the discharge current can damage the sensor of the GMR head. Four types of wires were measured for three lengths each. Resin-coated wires were electrified from 20 V to more than 1 kV. The peak current discharging to the GMR head ranged from 100 mA to more than 1000 mA. A resin-coated wire as short as 5 cm was found to damage the GMR head. Among the wires examined herein, only the enameled wire is recommended to connect the GMR head because no charge or discharge currents were observed for this wire. When an ionizer is used to neutralize the tribocharge on the surface of the wire, the remaining charge in the copper core depends on the effectiveness of the neutralization process. A wire with an antistatic coating is required in order to reduce the ESD threat to sensitive devices such as the GMR head     

丝网电极放电对涤纶纤维表面改性的效果分析

为了在介质阻挡放电进行等离子体表面改性处理时得到好的处理效果,实验研究了工频电压下大气压空气中丝网电极介质阻挡放电的放电特性及其对涤纶纤维表面改性的效果。实验中采用结构为电极-丝网-薄膜的丝网电极,在大气中产生均匀放电,研究其放电图像和电气特性及对涤纶布的表面改性效果(可以显著地提高织物的吸水性能)。通过对涤纶布吸水性衰退效应的研究表明,经大气压空气等离子体处理后的涤棉吸水性经一段时间的下降后趋于稳定,与普通电极相比,效果好而且节能,适宜于在纺织前处理中的应用。     

新型双涂层耐电晕漆包线的研制

介绍了采用杜邦公司开发的新型耐电晕漆包线漆,以二涂层形式涂敷在裸铜线上制造漆包线的工艺及经验.     

导体单丝表面处理对高压电缆载流量的影响研究

导体的集肤效应会影响导体的交流电阻,最终影响交流电缆的载流量,基于此,大截面导体通常采用分割导体的结构来降低交流电阻从而提高电缆的载流量。在此基础上对导体单丝表面进行绝缘处理也是降低导体交流电阻的手段之一,但IEC 60287标准中并未给出此类导体电缆的载流量计算方法。分别对220 kV电压等级导体单丝表面未处理的分割导体电缆和导体单丝表面绝缘处理过的分割导体电缆进行了空气中载流量测试,并参照IEC 60287考虑皱纹铝护套两侧空气间隙的影响,建立了220 kV电缆载流量计算方法。研究结果表明,载流量计算结果与试验结果偏差为0.74%,结果较为吻合。基于该方法对导体单丝表面处理后的分割导体的集肤效应系数进行了计算,文中所用导体单丝表面处理后分割导体的集肤效应计算所用因数ks为0.3。     

架空地线腐蚀与防护技术发展现状

当前投入使用的输电线路架空地线,大多采用热浸镀纯锌进行腐蚀防护。在沿海、工污染区等重腐蚀环境下,一般5~8年后发生明显锈蚀,使用寿命不足10年,远不能满足电网安全要求;在强电场、雷击等电磁场环境下,架空地线受到电磁感应影响产生感应电压和感应电流,导致金属镀层加速腐蚀,但其对架空地线的耐蚀性能影响机理尚未明确,亟待深入研究。因此探索架空地线新型防护技术及其在强电磁场环境下的腐蚀影响评价,成为架空地线耐蚀性能提高的重要研究方向。