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。     

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阐述,并从理论与实验角度提出了现阶段面临的科学问题与技术难点;应用研究方面简述了液体中丝爆在石化能源开发、物性研究装置、纳米材料制备等方面的应用与工程实践,给出了当前电爆炸冲击波技术在应用中亟待解决的瓶颈问题和方向。最后,归纳提出了该技术的发展趋势和路线图。     

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。     

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。     

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。     

PZT95/5铁电陶瓷脉冲源用于nF电容器充电

采用简化的物理模型 ,分析了以电容为负载的PZT95 /5铁电陶瓷在冲击波加载下的电响应规律以及极化能的释放和转移特性 ,并运用爆炸平面冲击波垂直加载技术 ,对其在nF电容器下的输出特性进行了试验研究。     

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。     

射频放电等离子体气动激励特性的实验研究

为了提高等离子体气动激励的强度及流动控制的能力,实验研究了射频放电等离子体的气动激励特性。建立了射频放电等离子体气动激励实验系统,由射频信号发生器、阻抗匹配升压变压器、尖–尖电极等离子体激励器等组成。尖–尖电极等离子体激励器由一组对称的电极和固定装置组成,电极材料采用钨,固定装置材料采用胶木,固定之后电极间距为0.5 mm。在静止空气条件下进行实验,研究了射频放电等离子体的电特性和诱导流动特性。实验结果表明:气压变化时,等离子体激励器的阻抗会发生变化,耦合到等离子体激励器的输入功率也不同;在大气压下,由于射频放电存在快速加热作用,在静止空气中诱导产生了近似圆柱形的冲击波;冲击波首先以音速向外传播,随后强度逐渐减弱,一定时间后衰减为弱扰动;采用射频电源、重频脉冲直流电源、ns脉冲电源,均能在静止空气中诱导产生冲击波,冲击波波速接近音速。由于射频电源的体积、重量更小,实现阻抗匹配之后所需的电源输入功率最低,因此,射频放电是一种非常有前景的气动激励产生方式,在等离子体流动控制方面可能取得较好的效果。     

不同布局等离子体激励器的纳秒脉冲放电特性与流动控制效果

为研究不同布局等离子体激励器的电压-电流特性及对流动控制的影响规律,针对多组纳秒脉冲等离子体放电,设计了3种不同布局形式的等离子体激励器,对其放电特性以及流动分离控制能力进行了实验研究,并对其激励特性进行了唯象学仿真分析。结果表明:不同布局形式的等离子体激励器均产生了两组放电的效果,在相同激励电压下,其电流峰值基本相同,同单组激励相比,电流峰值约为其两倍;对流动控制的结果表明,纳秒脉冲等离子体激励能够有效增升减阻,不同布局形式的等离子体激励器对流动分离控制效果有很大影响,升力系数最大提高25.2%,而最小只有6.8%;仿真结果表明,纳秒脉冲等离子体激励能够产生冲击波,并且诱导出复杂的涡结构,不同布局激励器诱导的冲击波的传播速度和强度基本相同,但其诱导的涡的运动和涡量的大小不同,从而对流场产生了不同的扰动,造成了不同的流动控制效果。     

锅炉灭火保护系统在HG—410/100—9型锅炉上的应用

前言炉膛爆炸事故是火力发电厂频发而后果又比较严重的事故。炉膛爆炸的主要原因在于炉膛内或烟道中积累了相当数量的没有燃烧的燃料与空气一起形成的可燃混合物,当遇有点火能源时(如启炉点火,锅炉灭火后重新点火或燃料本身所积存的热能等),这些积存的可燃混合物就会急剧的燃烧起来,即在炉膛内产生“爆燃”过程,从而导致炉膛爆炸事故的发生。为了防止炉膛爆炸事故的发生,首先是加强运行管理,但是大容量机组技术和设备结构都较复杂,仅靠加强运行管理是不够的,必须在设备上增装并逐步完善必要的技术安全措     

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。     

金属丝电爆炸研究进展-(Ⅰ):真空环境

真空中金属丝电爆炸在Z箍缩等离子体、X射线源等有重要应用,特别是纳秒脉冲下金属单丝的电爆炸行为是丝阵Z箍缩的最初始阶段,对丝阵Z箍缩内爆辐射特性有重要影响,因而受到特别关注。目前,利用高时空分辨的等离子体诊断系统和数值模拟手段,真空环境中金属丝电爆炸的研究已在实验诊断、调控方法、理论模型等方面取得了许多重要研究成果。在介绍发展历史的基础上,主要针对真空环境中纳秒脉冲下金属单丝电爆炸的相关研究,描述了金属丝电爆炸的基本特性,总结了电参数和丝参数对电爆炸特性的影响规律,分析了提高金属丝中沉积能量以实现金属丝汽化的调控方法,并综述了数值模拟中电爆炸丝状态方程、输运参数和磁流体模型等的主要进展,最后指出了研究面临的挑战和未来发展的方向,对今后继续深入开展该领域的研究工作具有一定的借鉴意义。     

220 kV高压电缆接头短路电弧爆炸波能的测试及计算

高压电缆接头发生电弧故障时,电弧通道膨胀产生的爆炸冲击波是造成二次事故的直接原因,研究接头的短路电弧爆炸波能对高压电缆接头保护装置的结构设计和防爆性能检验至关重要。文中设计并实施了50 k A/200 ms大电流人工短路燃弧试验,实测了220 kV高压电缆接头保护装置泄能孔释放的爆炸冲击波超压值。建立了电缆接头及保护装置的热—流场短路电弧爆炸仿真模型,计算了不同热源能量时,从泄能孔释放的冲击波超压。通过对比相同条件下人工短路燃弧试验中的冲击波超压实测数值,得到了220 kV高压电缆接头短路电弧的爆炸波能。所得结果可为220 kV高压电缆接头保护装置的设计和检测提供理论依据。     

灭弧装置内爆炸冲击波的数值模拟及其应用研究

基于疏导型防雷理念的新型喷射气流灭弧防雷间隙装置能快速响应雷电流,爆炸产生高速高压气流冲击波并作用于暂态发展阶段的工频续流致电弧熄灭。灭弧装置包括灭弧三硝基甲苯(Trinitrotoluene,TNT)炸药、环形接闪电极以及半封闭圆柱形灭弧室,为此,利用ANSYS AUTODYN有限元分析软件,建立装有TNT炸药的灭弧装置半封闭爆炸冲击波数学模型,旨在研究灭弧爆炸冲击波在半封闭灭弧室内的衰减传播规律,并根据爆炸冲击波的传播特点分析空气间隙工频续流电弧在TNT爆炸冲击波作用下的可能最先切断点分布以及其对间隙电弧重燃的抑制作用。     

坑道内冲击波压力测试与分析

冲击波压力是战斗部在坑道内爆炸的主要毁伤元,是评估战斗部爆炸毁伤威力的主要指标。针对战斗部在坑道内爆炸产生强烈的振动冲击、热冲击等寄生效应对冲击波压力准确测试的影响,设计了合理的压力传感器隔振安装组件,采取有效的隔热措施。通过对试验测得的原始冲击波信号进行频谱分析及滤波处理,分析研究得到了坑道内冲击波压力超压峰值、比冲量、正压作用时间随爆心距的衰减规律。根据坑道炸药爆炸衰减规律相似律,结合实测数据拟合得到了表征坑道内爆炸冲击波压力传播规律的计算模型,并对其进行了有效性验证,在不同试验工况下实测值与模型计算值最大相对偏差为6.07%,具有良好的一致性,该模型可为长坑道内冲击波压力超压峰值预测提供依据。     

浅谈隔爆型ⅡC类电气设备的最大爆炸压力

外壳耐压试验的目的是验证外壳是否能承受内部的爆炸压力.对ⅡC类隔爆型防爆电气设备试验时产生的爆炸压力进行了分析,得出了对同一样品进行试验时,乙炔和空气混合物产生的爆炸压力较大,并用试验进行了验证.     

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"成功分离了"分裂丝"丝阵中的单丝冲击波,发现其幅值正比于丝的直径,并且各单丝冲击波在丝阵轴线处满足线性叠加的汇聚规律。根据上述实验结果给出了N根等直径"分裂丝"丝阵冲击波计算式。实验还发现"串联丝"丝阵有助于突破原先"并联丝"丝阵的"总质量上限",但"串联丝"丝阵不一定总是优于"并联丝"丝阵,当初始储能足够高以至于沉积能量足以使丝阵汽化的前提下,高沉积功率才是产生强冲击波的决定因素。因此,"串–并联丝"丝阵可能是最佳的选择,并给出了"串–并联丝"丝阵的优化设计方法。