水中脉冲放电振荡特性分析及抑制方法研究

水中脉冲功率放电过程中产生的电路振荡,会延长放电时间,降低储能电容寿命。为了对电路振荡进行抑制,首先根据脉冲功率放电装置工作环境,利用COMSOL仿真软件,建立了二维轴对称高压放电模型,模拟了11 kV下电极间隙为4 mm下的高压击穿过程,并分析了等离子通道电导率变化趋势。然后建立等离子通道二维阻抗模型,对电极上的实际放电波形进行了非线性回归分析,得到其电阻和电感分别为0.439Ω和19.8729μH。最后根据负载特性提出了用脉冲功率晶闸管来抑制电路振荡的策略,并进行了脉冲功率放电实验。实验表明,通过理论阻抗计算得到的电极电压与实际放电电压相符合,且使用晶闸管脉冲功率开关可有效地抑制电路振荡,使振荡时间由220μs降低到36μs,降低了83.6%。

不均匀电场下水中脉冲放电观测及沉积能量对激波的影响

为了探究沉积能量对水中脉冲放电产生激波的影响。该文建立了水中脉冲放电试验平台,研究了间隙电压为30k V,间隙距离为15mm,针–针电极条件下不均匀电场中的水中脉冲放电。采用高速摄像机对水中脉冲放电过程进行了光学观测,并结合激波压强、电弧电压、电流等测量参量对电弧、气泡形态与运动变化规律进行了综合分析。为了研究沉积能量对激波的影响,提出了时变电弧阻抗条件下沉积能量与电弧平均电阻的计算方法,分析了每个半周期沉积能量与电弧平均电阻的变化,给出了沉积能量与激波压强峰值的关系表达式。所得结论能促进对水中脉冲放电激波的产生机理的认识,以便实现更高的激波强度。

水中脉冲放电活性粒子的研究

通过发射光谱和化学方法检测蒸馏水中脉冲放电产生的活性粒子,研究了氧气流量造成的放电形式变化(流注和火花放电),活性粒子(包括羟基、激发态氢原子、氧原子和过氧化氢)变化。实验表明放电形式对各种活性粒子的产率有明显的影响,而气体流量的大小直接决定放电形式的转变,其中氢原子发射光谱强度的变化可以直接表示这种转变,这种转变也决定了OH和H发射光谱强度的差异。

不同参数条件下水中脉冲放电的电学特性研究

在不同的电压和电导率参数条件下分类实验研究了水中脉冲放电的两种方式 (电弧放电和电晕放电 ) ,采集并分析了实验中的电压和电流数据。然后简要讨论了两种放电方式的产生机理 (与电弧方式的热过程机理相比 ,电晕方式的初始机理还很不清楚 )。最后从实验现象、产生机理和应用前景等方面对比分析了两种放电方式。实验发现在大的溶液电导率下水中电晕放电方式的声学效应明显 ,为水下等离子体声源的设计提供了新的思路。

水中脉冲放电电极的烧蚀特性

为研究水中大功率脉冲放电电极的烧蚀特性,研制了基于液电效应、脉冲功率、频谱共振理论的页岩储层改善装置,该装置最高脉冲电压为30 kV,最大脉冲频率为50 Hz,充分满足页岩储层共振需求。利用COMSOL有限元仿真软件求解装置水中二维轴对称的放电模型,得到剧烈放电阶段水间隙的温度场分布变化特性,以及电极表面的温度分布特性和烧蚀特性。模拟结果表明:剧烈放电初始阶段阳极温度更高,并呈现钟形向阴极快速发展;剧烈放电尾声,阴极附近的温度更高;放电结束后,电极表面温度最高点呈现出与电极同圆心的圆环状,越靠近圆环,电极表面温度越高;放电结束后阳极的熔池半径为阴极的1.45倍,阳极的熔池深度为阴极的2.25倍,导致阳极烧蚀程度比阴极严重,该结论与试验结果相符;并通过仿真得到了不同电极间隙距离、不同水压工况对电极烧蚀程度的影响。

水中脉冲放电等离子体特性数值解析

根据能量,动量,质量守恒方程描述了等离子体脉冲放电圆柱形通道特性,并利用四阶Rounge-Kutta法求解了通道的电流、温度、半径、粒子密度和压力随时间的变化及其相互关系,为进一步研究水中脉冲放电等离子体的化学和物理效应提供了参考.

正极性纳秒脉冲下水中流注放电仿真研究

基于场致电离机理,建立二维轴对称流体模型,仿真研究正极性纳秒脉冲电压下水中针-板电极流注放电的发展过程。得到不同的外施电压幅值、脉冲上升沿时间下水中流注放电的形貌、电场强度与空间电荷密度的时空分布。仿真结果表明:随着外施电压幅值升高,放电通道的电荷量和速度变大;脉冲上升沿变陡使得放电通道半径增大,对应的最大电场强度减小。仿真显示脉冲放电下水温有所升高,但放电没有明显的汽化现象。文中的研究结论有助于加深对纳秒脉冲下水中流注放电起始、发展过程的认识以及对液体电介质放电机制的理解。

水中脉冲放电的电特性与声辐射特性研究

对水中脉冲放电等离子体通道电阻与放电参数之间的关系作了研究 ,得到了等离子体通道电阻与电容量、初始电压、电极间距离的关系 ,以及通道电阻随时间的变化规律 .还对冲击波的峰值压力与放电参数间的关系作了研究 ,并对冲击波压力的功率谱作了分析 ,结果表明水中脉冲放电所产生的冲击波的声辐射频率在几十赫兹到几万赫兹之间 ,覆盖了所有水声设备的工作频率 ,且在低频段具有很强的声功率 ,是一种理想的水下声源 .

水中脉冲放电等离子体通道特性及气泡破裂过程

利用高速摄影法对水中放电等离子体通道的边界层进行了研究 ,结果表明 ,当输入到单位长度通道内的功率密度较小时 ,通道边界存在较厚的过渡层 ,其亮度明显小于通道中间部分 .根据等离子体通道的高速阴影照片指出该通道沿轴向具有非均匀性 .另外 ,还给出了等离子体气泡最后破裂时的高速阴影照片 。

含盐度对水中大功率脉冲放电电极的烧蚀影响

为研究不同含盐度对水中脉冲放电电极的烧蚀影响,研制了水中脉冲放电实验装置,装置分为地面电源系统、铠装电缆与脉冲放电系统,最高脉冲放电电压可达18 kV。基于实验平台开展了水中含盐度0‰、10‰和20‰条件下阳极的烧蚀程度对比,并记录了不同含盐度下的放电电压、电流波形。结果表明:当脉冲电容电压一定时,含盐度对水间隙与空气开关的能量分配有较大影响。含盐度越高,则在预击穿阶段的泄漏电流和消耗的能量就越高,导致主放电阶段释放的能量降低,形成的冲击波强度变弱;水中含盐度越高,则阳极表面的烧蚀斑点直径越小,阳极的烧蚀速率越低;采用SEM电镜观察了单个烧蚀斑点的形貌,解释了造成特殊烧蚀形貌的原因。

水中高压电脉冲放电致裂不同强度煤体效果研究

为探明高压脉冲放电技术对不同物理力学特性煤体的致裂效果,用相似材料替代煤岩地层,运用高压脉冲放电系统对不同强度的相似材料进行水中放电致裂实验并分析致裂效果。研究表明:宏观来看,试样强度越大,形成贯通裂纹所需脉冲放电次数越多,所需要的能量也就越大;试样强度越小,形成贯通裂纹后的试样钻孔内部裂隙发育越丰富。裂纹的扩展程度都呈现三个阶段,即准备阶段、发展阶段和破环阶段;但随着试样强度的增大,准备阶段的次数增加,即需要更大能量为发展阶段做准备。裂纹的扩展速度都呈现出“慢-快-慢”的趋势。微观上来看,钻孔周围的裂纹随实验次数增加明显变宽,直至破碎,而这种现象随着距钻孔的距离越大越不明显。

水中高压脉冲放电的延时特性与电流特性研究

将水中高压脉冲放电技术应用于煤层气井的致裂增透,了解不同参数条件下水中高压脉冲放电的特性,寻找适合工程实际的放电参数。在不同的电容充电电压和水介质静水压力参数条件下,进行了水中高压脉冲放电的实验研究,采集并分析了实验中的电压和电流数据;对不同参数条件下的放电电压和放电电流波形进行了分析。实验结果表明,随着电容充电电压的增加,水介质的击穿延时缩短,放电产生的电流峰值和震荡次数增大;随着水介质静水压力的增大,击穿延时变长,放电产生的电流参数基本相同,但电流峰值会有所波动。本研究可为煤层气井的致裂增透提供理论指导。

水中脉冲电弧放电等离子体通道直接冲击压力特性

为了明确水中脉冲电弧放电等离子体通道的直接冲击特性,以不锈钢平板作为受冲击对象,利用超声微观分析确定不同放电条件下平板表面冲击点的蚀坑面积及分布情况,并采用无源测量和数值仿真的方法分析了等离子体通道冲击平板的压力特性。实验结果表明:在5mm放电间隙条件下,冲击点分布在以平板中心为圆心的半径5 mm圆形区域内,并且冲击受力面积和峰值冲击力随着放电电压的升高而增大;在20 kV放电电压条件下,冲击点分布随着放电间隙的增加而疏散且受力面积逐步减小,在10mm放电间隙下得到最大峰值冲击力约为34MPa。该研究增进了对水中脉冲电弧放电等离子体通道直接冲击特性的认识,并为其有效应用提供了参考。

水中放电预加热过程的数值模拟研究

为研究水中放电预加热过程,设计并搭建了一套水中脉冲放电系统。该系统储能电容最高充电电压10 kV,最高储能5 kJ。通过放电实验获取了水间隙从预加热至主放电过程的电压、电流波形。通过数值模拟获取了预加热阶段水中温度场、电场、电流密度场、耗散热量的空间分布,以及预加热阶段水间隙的电压波形,该电压波形与实验波形相符。通过数值模拟还分析了水介质电导率、放电间距大小、电极形状等因素对预加热阶段的影响。在实验条件下预加热过程约为毫秒量级,增加水的电导率、减小水间隙和增加电场不均匀程度,均能加快预加热过程,并发现水中最先汽化的位置为阳极尖端处,这对后续的流注起始的研究提供了参考。

预制裂纹对水中高压电脉冲致裂煤岩体的影响

为了探究预制裂纹对水中高压电脉冲致裂煤岩体的影响,提高矿区煤岩层渗透性,分别对包含和不含预制裂纹煤岩体相似试样进行了高压电脉冲致裂试验;在此基础上,运用PFC数值模拟软件,建立不同峰值压力下的包含和不含预制裂纹煤岩体模型进行致裂模拟。试验和模拟结果均表明:预制裂纹对高压脉冲放电致裂煤岩体有一定的促进作用;预制裂纹对裂纹的扩展具有一定的导向作用,但裂纹最终沿平行于最大主应力的方向进行扩展;随着峰值压力越高,预制裂纹旁形成的裂纹网络发育得越丰满、沿着预制裂纹的端头向外延伸的裂纹长度减小、与不含预制裂纹的力链断裂数目差值也在减小。

水下针-板放电气泡脉动及冲击特性

为明确水中脉冲放电能量释放过程所产生气泡的脉动和压力波冲击特性,依据能量等效原则,在LSDYNA软件中建立针-板电极结构的水下爆轰模型,模拟气泡形态。通过与获取的物理图像比对,发现气泡形态和时间演化尺度高度一致。在此基础上,对气泡的冲击特性进一步分析,结果表明:冲击波峰值、气泡脉动周期和半径大小随放电能量增加而加大,随静水压力的增加而减小;当放电电压由14 kV增至20 kV,二次压力波峰值由2.89 MPa升至4.09 MPa,提高41.5%;当静水压力由202.65 kPa增至506.63 kPa,二次压力波峰值从5.15 MPa升至6.36 MPa,提高23.5%,放电能量和水压的增加对二次压力波提升明显;随着距离增加,二次压力波所占冲击波的峰值压力比重,由12.6%增加至35.3%,远场放电位置二次压力波不可忽视。

基于扩展卡尔曼滤波的水中放电阶段辨识方法

水中脉冲放电的电弧通道发育具有强随机性,难以固定时域进行放电阶段划分,故水中脉冲放电阶段的辨识方法研究极为重要。首先,该文建立了水中脉冲放电等效电路模型并阶段化分析了电阻时变特性,得到了判定放电阶段的临界参数阈值;其次,采用扩展卡尔曼滤波算法将离散电阻数据连续化,同时降低随机放电带来的噪声,从而获得辨识时变电阻模型;再次,计算辨识电阻斜率,并依据斜率变化特性及变化系数判定预击穿放电阶段和剧烈放电阶段;最后,通过水中脉冲放电观测试验平台验证了该辨识方法的有效性。结果表明,基于扩展卡尔曼滤波算法得到的水中脉冲放电电阻较试验值的方差小于1.717Ω^(2),电阻斜率方差小于1.899,故该方法可用于水中脉冲放电阶段的判定。

脉冲放电处理苯酚废水降解过程的分析

由于水中脉冲放电产生等离子体通道,水会发生复杂的等离子体化学反应,产生各种自由基,本文检测到放电形成的羟基自由基.对苯酚废水进行放电降解研究,利用紫外分光计、有机碳分析仪、液相质谱联用仪和气相质谱仪等仪器对降解产物进行检验.结果表明,苯酚废水在放电作用下生成的中间产物为:多羟基苯酚、酮、醛和酯等,最终产物为二氧化碳和水.此结果对苯酚废水在脉冲放电,甚至直流或交流电下的苯酚降解机理的进一步研究有参考价值.

水下定向声能技术在水声对抗中的应用研究

从水下定向声能技术的概念出发,讨论了水下定向声能的基本原理;分析了这项技术的国外研究现状以及重要的军事战略意义,最后对水下定向声能技术在水声对抗领域的应用进行了展望。

食品杀菌高新技术种种

近年来,国际食品界开发了一系列高效、安全、能保持食品原有风味与营养的杀菌新技术,介绍如下: 电子射线杀菌:电子射线原或白炽热丝经在真空下加热,阴极产生电子;电子通过真空电场时速度加快、能量高、穿透力强、杀菌效率高,杀菌速度快,无须附属设备。