[發明專利]一種高靜壓下液電脈沖激波強度的獲取方法

有效

• 申請號: 201710947545.7
• 申請日: 2017-10-12
• 公開（公告）號: CN107576843B
• 公開（公告）日: 2018-06-12
• 發明（設計）人: 劉毅;周古月;劉思維;林福昌
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G01R21/00
• 分類號: G01R21/00
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 廖盈春;曹葆青

本發明公開了一種高靜壓下液電脈沖激波強度的獲取方法；液電脈沖激波發射器通過脈沖電容器向液體間隙放電，通過電弧、空腔的快速膨脹向外輻射激波。液電脈沖激波發射器一般工作在深?；蛏畹丨h境，其周圍靜壓隨著工作深度的增加而增大。放電過程受到靜壓的影響使得激波強度與常壓下的激波強度有較大差異。本發明提出通過將激波產生過程分為預擊穿過程和主放電過程兩個階段，利用預擊穿時延隨靜壓的變化關系計算預擊穿過程中的能量損耗；基于流體力學方程考慮靜壓對液體密度、激波傳播速度及空腔膨脹速率的影響，計算不同靜壓下電弧通道的能量沉積，反演出主放電過程中電能向機械能的轉換效率；進而綜合兩個過程，獲得激波強度隨靜壓的變化關系。

技術領域

本發明屬于高電壓技術與脈沖功率技術領域，更具體地，涉及一種高靜壓下液電脈沖激波強度的獲取方法。

背景技術

液體中進行的高壓脈沖電弧放電，在電弧快速劇烈膨脹的過程中，會沿膨脹方向輻射出高強度脈沖激波，該現象被稱之為“液電效應”。如今，該效應已被廣泛應用于油氣增產、激波碎石、液電成型和水下聲源等領域。

隨著液電脈沖激波在油氣增產、水下聲源等領域的廣泛應用，深地、深海環境下的高靜壓成為制約液電脈沖激波應用的主要瓶頸之一。一般液電脈沖激波的產生是通過脈沖功率電源向激波發射間隙進行放電，其過程可以分為預擊穿階段和主放電階段。液電脈沖激波特性與液體電介質的擊穿放電過程密切相關，涉及到復雜的物理、化學環節，受電極參數、液體性質、外回路參數、靜壓等多個因素的影響。其中靜壓對液體脈沖激波特性的影響主要表現在兩個方面：一是靜壓會影響液體電介質流注起始及發展過程，進而影響預擊穿過程中的能量損耗；二是靜壓會影響等離子體通道及空腔的膨脹速率、激波的傳播速率，進而影響激波的強度及作用效果。

目前通過試驗手段對高靜壓條件(液體靜壓力大于0.1MPa)的液電脈沖激波強度進行測量存在一定困難，而常壓下的激波強度獲取比較容易，如何通過常壓下的激波強度反演高靜壓下的激波強度變化是工程應用時需解決的一個難題，目前缺乏成熟的分析手段。

發明內容

針對現有技術的缺陷，本發明提供了一種高靜壓下液電脈沖激波強度的獲取方法，旨在解決現有技術中通過試驗手段對高靜壓條件下液電脈沖激波強度進行測量存在技術困難的問題。

本發明提供了一種高靜壓下液電脈沖激波強度的獲取方法，包括：

(1)將激波產生過程分為預擊穿過程和主放電過程兩個階段；

(2)利用預擊穿時延隨靜壓的變化關系獲得擊穿時刻電壓，進而獲得預擊穿過程中的能量損耗；

(3)根據注入到電弧通道的能量和擊穿時刻能量獲得主放電過程中的能量沉積效率；

(4)根據液電脈沖激波機械能和注入電弧通道的總能量獲得電能轉化為機械能的效率；

(5)根據液體密度、激波傳播速率、空腔膨脹速率隨靜壓力的變化關系獲得激波傳播過程中激波隨靜壓的變化關系；

(6)根據預擊穿過程中的能量損耗、主放電過程中的能量沉積效率、電能轉化為機械能的效率和激波傳播過程中激波隨靜壓力的變化關系獲得激波強度隨靜壓力的變化關系。

更進一步地，步驟(2)中預擊穿過程中的能量損耗其中，U_C為電容器充電電壓，C為電容器容量，U_b為擊穿時刻電容器剩余電壓。

更進一步地，步驟(3)中主放電過程中的能量沉積效率其中，E_pl為注入到電弧通道的能量，E_br為擊穿時刻能量。

更進一步地，步驟(4)中電能轉化為機械能的效率其中，E_w為電弧空腔機械能，E_pl為注入電弧通道的總能量。