[發(fā)明專利]一種水中納秒脈沖放電起始過程的數(shù)值模擬方法

在審

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• 申請日: 2020-11-26
• 公開（公告）號: CN112287620A
• 公開（公告）日: 2021-01-29
• 發(fā)明（設計）人: 李元;李林波;倪正全;汪鷺寧;溫嘉燁;張冠軍
• 申請（專利權）人: 西安交通大學
• 主分類號: G06F30/28
• 分類號: G06F30/28;G06F17/11;G06F119/14
• 代理公司: 北京化育知識產(chǎn)權代理有限公司 11833
• 代理人: 涂琪順

1.一種水中納秒脈沖放電起始過程的數(shù)值模擬方法，其特征在于，包括以下步驟：

S1，建立描述水中電致伸縮效應的流體動力學模型，基于水中施加納秒脈沖電壓后的電場分布，計算電致伸縮效應導致的局域水密度和水中總壓強；

S2，建立液體在所述水中總壓強作用下的空化模型，推導空腔的產(chǎn)生與膨脹過程，計算水中出現(xiàn)空腔的數(shù)密度和半徑分布；

S3，建立空化發(fā)生后的液體電離模型，計算空腔表面處種子電子的產(chǎn)生速率和種子電子在空腔中獲得能量引發(fā)的液體分子碰撞電離速率；

S4，基于液體分子碰撞電離速率，計算液體電離產(chǎn)生的水中帶電粒子密度，并更新電場強度分布，重復步驟S1-S4，進行下一個計算時間步的求解。

2.根據(jù)權利要求1所述的水中納秒脈沖放電起始過程的數(shù)值模擬方法，其特征在于，所述步驟S1中，建立描述水中電致伸縮效應的流體動力學模型，基于水中施加納秒脈沖電壓后的電場分布，計算電致伸縮效應導致的局域水密度和水中總壓強，具體包括：

所述流體動力學模型的數(shù)學控制方程由流體的質量、動量連續(xù)性方程和Tait方程組成，利用所述流體的質量、動量連續(xù)性方程計算有質動力導致局部液體運動，產(chǎn)生的局域水密度和壓強，引入Tait方程描述局域水密度和壓強的關系，以獲得水中總壓強，公式分別如下：

其中，ρ為局域水密度，為液體運動速度，p為液體靜壓強，E為電場強度，為作用于液體的有質動力，α為有質動力經(jīng)驗系數(shù)，ε為水的相對介電常數(shù)，ε₀為真空介電常數(shù)，p₀表示常溫常壓下水的壓強，為10⁵Pa，ρ₀表示常溫常壓下水的密度，為1000kg/m³；在公式(1)-(3)中，外施電場強度E為已知量，通過聯(lián)立求解方程(1)-(3)，可求得在納秒脈沖電場作用下ρ、p、3個變量的時空演化；

根據(jù)上述公式計算水中總壓強p_total＝p-(αε₀ε/2)E²，表征液體受拉伸的程度。

3.根據(jù)權利要求2所述的水中納秒脈沖放電起始過程的數(shù)值模擬方法，其特征在于，所述步驟S2中，還包括：使用經(jīng)典成核理論CNT估計空腔的產(chǎn)生速率，具體為：

采用水中空化實驗數(shù)據(jù)擬合得到經(jīng)典成核理論中的成核能量E_b，如下式：

E_b＝A(p_total)^-2+B (4)

空腔的產(chǎn)生速率Γ與成核能量E_b的表達式具有如下形式：

其中，Γ₀為經(jīng)典成核理論中空腔生成點的數(shù)密度與空腔形成頻率的乘積，k_b為玻爾茲曼常數(shù)，Γ₀與E_b均為水中總壓強p_total的函數(shù)，T為溫度，A和B為根據(jù)實驗數(shù)據(jù)擬合得到的系數(shù)，與溫度有關。