惰性气体中电爆丝爆炸激励冲击波的理论分析

建立了惰性气体中电爆丝爆炸激励的冲击波模型。对于冲击波马赫数与光辐射强度的关系、惰性气体种类对冲击波强度的影响以及电爆丝根数对冲击波强度的影响 ,进行了理论计算与分析 。

水中丝爆等离子体破岩机理研究

在隧道开挖、矿山开采等基础工程建设中,岩石爆破技术发挥着重要作用。等离子体碎岩技术具有无污染,破碎过程中无飞石、无有害气体的产生,使用方便,作业效率高,是替代炸药碎岩的最有效可行的方法。本文研究了水中丝爆产生等离子体破碎岩石的机理,分析了高电压脉冲放电过程中的铜丝融化过程,建立了铜丝在各阶段变化的电阻模型,利用MATLAB对不同阶段放电电路的电流进行了数值仿真分析,并与实验得到的电流波形进行对比。研究发现,电流波形,上升沿时间越短,脉冲放电效果越好。铜丝变化产生等离子体的过程中,等离子体通道具有一定的电阻性。实验数据结果与模型数值计算结果基本相符。

红外脉冲强光辐射源中电爆丝爆炸机理研究

利用电爆丝的一种红外脉冲强光辐射新技术 ,从理论和实验上研究了电爆丝的爆炸机理。用电爆丝绝热加热模型数值模拟了电爆丝在冲击大电流作用下的电爆炸特性 ,电爆丝根数对电爆炸特性的影响。

丝电爆法制备3D打印金属钽粉的试验研究

针对微米球形钽粉难以制备、粒径不易控制等问题,论文利用丝电爆法成功制备了微米球形钽粉,通过改变初始充电电压、钽丝丝径进行试验,采集丝电爆过程的电压与电流信号,对其机理进行了分析,并表征了所制备的微米钽粉。结果表明:不同丝径下的丝电爆炸过程都经历了五个阶段,丝径为0.4mm钽丝在电爆炸过程中发生了完全气化,而丝径为0.2mm、0.3mm钽丝并未完全气化,处于气液混合的状态;随着初始充电电压的不断增大,一定丝径钽丝上的沉积能量会有不同程度的增加,所制备的微米球形钽粉的平均粒径在逐渐减小;在初始充电电压为10kV时,丝径为0.2mm钽丝所制备的钽粉集中分布在28μm~36μm之间,分布范围较窄,球形度良好,且满足微米级3D打印金属粉的粒径要求。

镍铁丝电爆炸特性及超细粉制备

利用非接触式丝电爆制粉装置制备了球形度良好、纯度高的镍铁超细粉,在氩气气氛中使用直径0.4 mm的镍铁丝在不同充电电压下进行实验,同步采集并分析镍铁丝电爆炸放电波形及沉积能量变化规律。建立了镍铁丝电爆炸过程中的时变非线性电阻模型,并与实验曲线进行对比分析;利用扫描电镜观察粉末形貌,分析镍铁丝电爆炸工艺参数对粉末形貌、粒径的影响。结果表明:随着充电电压的升高,放电波形及金属丝沉积能量峰值逐渐增大,沿面击穿时刻逐渐提前;在击穿前金属丝电阻模型与实验曲线符合程度良好;在充电电压为11~15 kV的工艺参数下,可制得球形度良好、粒径分布均匀且纯度较高的超细粉。

带载丝电爆炸提高沉积能量的研究

在丝电爆过程中,金属丝的沉积能量是决定爆炸效果的关键参数。在研发连续送丝电爆装置的基础上,提出带载丝电爆炸提高金属丝沉积能量的方法。根据金属丝在电爆过程中的相变理论及旁路并联电阻的非线性时变性,建立了金属丝负载的电阻-能量分段模型。使用带载丝和裸丝分别开展电爆炸实验,同步采集丝电爆过程中的放电波形并分析计算,探究带载丝电爆炸相关机理以及沉积能量的变化规律。结果表明,电爆炸前期,由于载丝带具有绝缘性,其旁路并联电阻大于裸丝,从而使得带载丝电阻大于裸丝;随着欧姆加热的进行,带载丝中液态金属沿轴向由两端向中间聚集,加快了电爆炸相变过程,等效电阻减小,延缓了沿面击穿过程,从而获得更多的能量。

用于制备纳米粉体的电爆炸金属丝演化过程诊断及电爆炸模式分析

研究电爆炸丝演化过程对于理解丝爆物理机制和纳米粉体生成机制具有重要意义。该文采用马赫曾德(Mach-Zehnder)激光干涉法对金属钛丝在空气中的电爆炸过程进行诊断,环境气体气压为适宜纳米粉体制备的气压,范围为几～几百kPa。诊断结果表明,钛丝存在两种电爆炸模式:多次喷发模式和一次喷发模式。环境气体气压决定了钛丝的电爆炸模式,当环境气压较低(如为10kPa左右)时,因钛丝沿面击穿过早终止了钛丝的焦耳加热过程,钛丝中沉积能量远低于钛丝完全汽化所需能量,钛丝不能一次性完全汽化,其材料将采用多次喷发模式汽化;随着环境气压升高,如接近或高于50kPa时,钛丝沿面击穿时刻推迟,从而使钛丝中沉积能量接近甚至高于完全汽化所需能量,钛丝材料将一次性喷发完毕。

金属丝段电爆过程中的沉积比能量仿真分析与实验研究

金属丝在高压电场中通过丝端部与电极之间的气体放电导入电流,完成电热爆,沉积在丝段上的比能量对电爆制粉和喷涂有着重要影响。为系统认识金属丝段电爆过程中初始充电电压、丝长和直径与沉积比能量之间的关系,通过建立含气隙的丝段爆炸过程的电路模型,进行一系列电热爆数值模拟,得到了适合实际电热爆过程的最佳气隙长度。在电极间距不变的条件下,对于不同初始充电电压、不同长度和直径的金属丝进行电热爆数值模拟和实际电热爆实验的研究结果表明:初始充电电压越高,沉积在丝上的比能量越高;减小金属丝的长度和直径,可提高金属丝上沉积的比能量。

气隙长度对气体放电式丝电爆过程的影响

气体放电式丝电爆过程中,不同气隙长度会影响金属丝上的能量沉积及爆炸产物。为研究产生该影响的机理,试验测量了丝电爆过程中的电压和电流,并建立了相应的模型进行验证,最后采集不同气隙下的爆炸产物并对其平均粒径进行了统计分析。结果表明:在确保气体放电式丝电爆能够发生的条件下,气隙δ增大,金属丝上电压与电流几乎不发生变化,只是波形峰值略微滞后一些;而随着δ增大,金属丝上能量沉积会以1.67 J/mm速率下降;相同初始充电电压下,不同气隙爆炸产物中纳米颗粒的尺寸均近似于正态分布,且其平均粒径变化不大。

丝段式电热爆过程中的气隙击穿特性

金属丝段落入高压电场中发生电热爆,只能靠两端与电极之间的气体放电导入大电流完成。为系统认识气体放电过程中充电电压、电极间距与击穿气隙之间关系,改变初始充电电压和丝段初始长度,进行系列电热爆试验,同时,测量不同气隙时的放电电流。结果表明,金属丝段进入高压电场中后,存在单气隙放电和双气隙放电两种模式的气体放电。发生单气隙放电时气隙的击穿电压要比双气隙放电时气隙的击穿电压小。电极间距增大后,气隙的击穿电压增大。能够发生双气隙放电时对应丝段的最小长度,为适合电热爆发生的丝段最佳长度。

丝电爆制备纳米粉中的电极烧损和大颗粒形成

分别通过接触式和气体放电式丝电爆法制备纳米粉,观察电极烧损情况并统计粉末中微米级大颗粒的比例。结果表明,气体放电式丝电爆过程电极烧损比较轻微,制备的粉末中微米级大颗粒比例较小,并且更有利于工程上连续实施。提高初始电压也可以减小粉末中微米级大颗粒的比例。

自动连续丝电爆法制备纳米镍粉

研制一种自动连续丝电爆法制备纳米金属粉体的装置．在初始充电电压为5-9kV时进行电爆实验，并对制得的纳米镍粉进行表征。结果表明：该装置可实现自动连续的电爆过程，制得的纳米镍体呈青灰色；粒径较小时，颗粒近似为正方体形，粒径较大时，颗粒为球形或类球形；增大初始充电电压可有效减小纳米镍粉颗粒粒径的分布范围：初始充电电压大于7kV时，可制得平均粒径小于30nm且粒径分布均匀的纳米镍粉．

电爆丝断路开关输出性能分析

电爆丝断路开关是电感储能系统中广泛应用的技术。文中首先分析了电爆丝断路开关(EEOS)在电感储能系统中工作的基本原理,在理论上分析了影响电爆丝断路开关输出性能的因素。接着设计了一组试验来验证理论分析。首先在同一电路中,相同起爆时刻,比较了铜丝和银丝输出的电压脉冲。从理论上分析了银丝比铜丝输出电压幅值更高,脉冲宽度更窄的原因。接着采用相同根数的铜丝,在电流大小不同电路中进行试验,结果发现电流大的回路产生的电压幅值更高,脉宽更窄。最后采用1根银丝和4根银丝进行实验。实验结果是1根银丝产生的脉冲宽度小,幅值大;4根银丝产生的脉冲宽度大,电压幅值小。然后得出结论金属丝状态变化过程中流过金属丝的电流密度影响产生电压脉冲的宽度。

基于PSpice的电爆丝断路开关数值仿真

电爆丝断路开关是在电感储能系统中广泛应用的断路开关,其具有结构简单、成本低、截断能力强的特点。介绍了电爆丝工作的基本原理,其本质为一个快速增长的电阻,利用高阻抗来实现断流。通过PSpice软件建立了电流通过电爆丝断路开关工作时,其电阻变化的模型,从而可以仿真电爆丝断路开关的工作过程。设计了一组电爆丝断路开关的实验,PSpice模型仿真结果同实验结果进行了比较。结果发现,该模型起爆时刻,产生电压幅值等方面和实验结果比较接近,说明该模型比较科学合理,对以后的电爆丝断路开关的设计具有较大的参考价值。分析了产生误差的原因及该种仿真方法的局限性。

丝电爆制备纳米颗粒的电参数对能量沉积的影响

丝电爆过程中的能量沉积直接关系到所制备的纳米颗粒的粒径分布.为研究电参数对此过程中能量沉积的影响,通过改变电极类型与气隙长度进行丝电爆实验,实验中使用高采样率的示波器采集电压电流波形,并对金属丝沉积能量与制备的纳米颗粒的粒径分布进行分析.研究结果表明:丝电爆电流中存在幅值很高的谐波成分,谐波沉积能量对金属丝总沉积能量有贡献,并能够影响所制备的纳米颗粒的平均粒径.在两类电极之间,谐波沉积能量占比与总沉积能量在使用平行电极时多于使用同轴电极时,缩短放电气隙能够减少谐波沉积能量占比和总沉积能量.使用平行电极制备的纳米颗粒的平均粒径较小,说明此条件下总沉积能量增多.

丝电爆制备纳米粉过程中工艺参数对爆炸产物相态组成的影响

在丝电爆制备纳米粉过程中,爆炸产物的相态对粉体粒径有重要影响,在气体放电式丝电爆装置上,通过改变工艺参数(初始电压和电极间距)进行了系列试验,研究了工艺参数对爆炸产物相态组成的影响。结果表明:电极间距一定时,只有在一定初始电压下液相比例才能达到最小,初始电压较低或过高时液相比例都会增加,增大电极间距,使液相比例最小值降低,对应的初始电压值增大。

气体放电式丝电爆制备纳米粉中大颗粒的形成

为认识丝电爆制备纳米粉过程中大颗粒的形成特征,利用石英探针直接收集金属丝各个部分形成的粉末并进行显微分析。结果表明,丝端部形成的粉末中微米级大颗粒比例要比丝中间部分粉末中的比例大;随着初始电压的升高,丝端部与丝中间部分的粉末中微米级大颗粒比例都减小,并最终达到一致。气体放电式丝电爆过程中,丝中间部分主要通过焦耳加热的作用沉积能量;而丝端部还会受到等离子体中高温粒子的高速撞击作用,也会向丝端部沉积一部分能量。

消融材料约束金属丝电爆法制备纳米粉

研制了一种用于制备纳米金属粉的丝电爆装置,通过改变初始充电电压对三种不同熔点材料进行电爆试验,并表征了所制备的纳米粉。结果表明,通过增加初始充电电压,可提高作用在金属丝上的能量密度,进而能减小所得纳米粉的平均粒径。当电压增加到一定程度时,粉体平均粒径处于一个相对稳定的值,制得铝、镍和钼纳米粉的平均粒径分别为31、33、42 nm。

基于改进金属电爆丝法制备氟包覆高活性铝

为了改善纳米铝粉表面氧化失活的特性,制备高反应活性铝粉,采用改进金属电爆丝工艺,用小分子溶剂代替惰性气氛作为保护介质,调节电压获得胶状铝悬浊液,往悬浊液中滴加氟橡胶F2603的乙酸乙酯溶液,氟橡胶在乙酸乙酯/无水乙醇混合溶液中快速饱和析出,由此实现氟橡胶对铝粒子的原位包覆;采用透射电子显微镜(TEM)观察了制备的胶状铝悬浊液的形貌,采用X射线衍射(XRD)和拉曼光谱对微纳米铝粉进行结构分析,采用扫描电子显微镜(SEM)、透射电子显微镜(TEM)和纳米红外光谱仪(nano-FTIR)观察了包覆产物的形貌和粒径,采用X射线光电子能谱(XPS)对包覆产物进行表界面分析,采用热重-差示扫描量热仪(TG-DSC)对制备的微纳米铝粉和包覆产物进行热分析。结果表明,电爆制备的铝粒子表面有一壳层,其成分为Al_(2)O_(3)、Al_(4)C_(3)、无定形碳和石墨;氟橡胶通过物理吸附作用对铝粒子进行了良好包覆,得到核壳结构复合材料,其粒径为微米级范围,包覆产物比电爆铝粒子反应温度提前45.73℃,活化能降低108.33kJ/mol,有效改善了微纳米铝粒子活性。

电感储能系统用电爆丝断路开关的研究

本文对电感储能系统和电爆丝断路开关进行了理论分析和实验研究，得到了一些重要的关系和结论，为脉冲功率技术用高功率脉冲电源提供了一种有效的技术。