[发明专利]一种高静压下液电脉冲激波强度的获取方法

说明书

本发明公开了一种高静压下液电脉冲激波强度的获取方法；液电脉冲激波发射器通过脉冲电容器向液体间隙放电，通过电弧、空腔的快速膨胀向外辐射激波。液电脉冲激波发射器一般工作在深海或深地环境，其周围静压随着工作深度的增加而增大。放电过程受到静压的影响使得激波强度与常压下的激波强度有较大差异。本发明提出通过将激波产生过程分为预击穿过程和主放电过程两个阶段，利用预击穿时延随静压的变化关系计算预击穿过程中的能量损耗；基于流体力学方程考虑静压对液体密度、激波传播速度及空腔膨胀速率的影响，计算不同静压下电弧通道的能量沉积，反演出主放电过程中电能向机械能的转换效率；进而综合两个过程，获得激波强度随静压的变化关系。

技术领域

本发明属于高电压技术与脉冲功率技术领域，更具体地，涉及一种高静压下液电脉冲激波强度的获取方法。

背景技术

液体中进行的高压脉冲电弧放电，在电弧快速剧烈膨胀的过程中，会沿膨胀方向辐射出高强度脉冲激波，该现象被称之为“液电效应”。如今，该效应已被广泛应用于油气增产、激波碎石、液电成型和水下声源等领域。

随着液电脉冲激波在油气增产、水下声源等领域的广泛应用，深地、深海环境下的高静压成为制约液电脉冲激波应用的主要瓶颈之一。一般液电脉冲激波的产生是通过脉冲功率电源向激波发射间隙进行放电，其过程可以分为预击穿阶段和主放电阶段。液电脉冲激波特性与液体电介质的击穿放电过程密切相关，涉及到复杂的物理、化学环节，受电极参数、液体性质、外回路参数、静压等多个因素的影响。其中静压对液体脉冲激波特性的影响主要表现在两个方面：一是静压会影响液体电介质流注起始及发展过程，进而影响预击穿过程中的能量损耗；二是静压会影响等离子体通道及空腔的膨胀速率、激波的传播速率，进而影响激波的强度及作用效果。

目前通过试验手段对高静压条件(液体静压力大于0.1MPa)的液电脉冲激波强度进行测量存在一定困难，而常压下的激波强度获取比较容易，如何通过常压下的激波强度反演高静压下的激波强度变化是工程应用时需解决的一个难题，目前缺乏成熟的分析手段。

发明内容

针对现有技术的缺陷，本发明提供了一种高静压下液电脉冲激波强度的获取方法，旨在解决现有技术中通过试验手段对高静压条件下液电脉冲激波强度进行测量存在技术困难的问题。

本发明提供了一种高静压下液电脉冲激波强度的获取方法，包括：

(1)将激波产生过程分为预击穿过程和主放电过程两个阶段；

(2)利用预击穿时延随静压的变化关系获得击穿时刻电压，进而获得预击穿过程中的能量损耗；

(3)根据注入到电弧通道的能量和击穿时刻能量获得主放电过程中的能量沉积效率；

(4)根据液电脉冲激波机械能和注入电弧通道的总能量获得电能转化为机械能的效率；

(5)根据液体密度、激波传播速率、空腔膨胀速率随静压力的变化关系获得激波传播过程中激波随静压的变化关系；

(6)根据预击穿过程中的能量损耗、主放电过程中的能量沉积效率、电能转化为机械能的效率和激波传播过程中激波随静压力的变化关系获得激波强度随静压力的变化关系。

更进一步地，步骤(2)中预击穿过程中的能量损耗其中，U_C为电容器充电电压，C为电容器容量，U_b为击穿时刻电容器剩余电压。

更进一步地，步骤(3)中主放电过程中的能量沉积效率其中，E_pl为注入到电弧通道的能量，E_br为击穿时刻能量。

更进一步地，步骤(4)中电能转化为机械能的效率其中，E_w为电弧空腔机械能，E_pl为注入电弧通道的总能量。