水中金属丝电爆炸动力学过程的零维模型

金属丝电爆炸包含丰富的物理内容,近年来国内的实验和理论研究取得了重要进展,理解该过程有助于完善Z箍缩及磁加载等离子体动力学过程的物理建模,校验物性参数。在自相似运动假设条件下,发展了冷启动计算的水中电爆炸丝零维动力学模型。从一维磁流体模型出发,推导了描述丝等离子体膨胀的零维动能方程和内能方程,采用实际气体状态方程和修正的李-莫尔电导率参数作为封闭条件,根据质量守恒及水中激波雨贡纽关系式获得了丝等离子体的边界条件。应用于水中铜丝电爆炸动力学过程和能量转化分析,结果表明：该零维模型的物理假设合理,在一定范围内改变丝直径等参数可产生不同的放电模式,与一维模型及实验结果符合较好,能够为同类实验的优化设计和数据分析提供参考。     

电爆炸过程中金属丝阻抗的变化

为了掌握金属丝阻抗的变化规律,通过分压器和罗氏线圈分别测量出电爆炸过程中金属丝上的电压和电流,并由此计算出金属丝阻抗等相关电参数随时间变化的规律;采用F.D.Bennett和A.Hobson模型对金属丝阻抗进行了数值模拟,得到金属丝阻抗随时间的变化规律。实验结果和模拟结果的比较表明:两个模型的模拟结果均在金属丝气化前和部分初始放电电压下有效;当放电时电容器初始电压较大时,能量沉积速度更快,金属丝液化、气化、完全气化所用的时间更短;在金属丝爆炸过程中,金属丝阻抗存在一个最大值。     

水中电爆炸的实验研究

利用冲击大电流通过水中的一段金属丝进行水中电爆炸实验 ,通过对水中电爆炸的放电电压、电流波形测量以及高速阴影摄影和扫描摄影 ,记录了冲击波的传播、汽泡增长和等离子体半径的时间特性 ;由不同充电参数的实验 ,得到了一些基本规律。比较了水中电爆炸和空中电爆炸的异同 ,揭示了水中电爆炸存在的放电模式。     

电爆炸丝的电气特性

根据金属导体电阻与比作用量的关系和A.Hobson提出的金属丝阻抗随时间的变化规律分别建立了2种仿真模型研究电爆炸丝断路开关的电气特性;测量了电爆炸过程中金属丝两端的电压,结果表明:A.Hobson模型只有在电爆炸丝汽化前有效;电阻率-比作用量模型适用于整个电爆炸过程的宏观描述.因此,对含电爆炸丝元件的电路仿真模拟采用...     

铜箔和铜网格的电爆炸参数

本文给出了在爆炸电流密度为2.3——10.0×10’A/cm~2的范围内,几种铜箔和铜网格电爆炸参数的实验结果。结果表明,铜箔和铜网格爆炸时刻的比作用量g_b、相对电阻R_b/R_o和比能量e_b都是爆炸电流密度的函数,周围介质对电爆炸参数也有明显的影响。实验结果还表明,可以用爆炸时刻的比能量e_b作为电爆炸金属导体的一个特征参数。     

钨粉爆炸烧结对粉末初始参数依赖关系的研究

本文从粉末爆炸烧结的能量沉积概念出发,提出了粉末爆炸烧结下限概念,讨论了钨粉末的爆炸烧结密度值和硬度分布对粉末初始参数的依赖关系,给出了实验结果。从理论和实验阐述了粉末初始参数在爆炸烧结实验中的重要作用。     

爆炸箔电参数的测试方法

介绍了冲击片雷管桥箔爆炸的物理含义以及桥箔爆炸中电参数测量的重要性。利用电流测量线圈和高压探头等测试手段,系统测量了特定的点火装置在充电电压V0=7.3kV条件下几种不同尺寸桥箔的电爆炸参数,对实验数据进行了分析,得到了与实验用点火装置相匹配的桥箔尺寸。     

变压器脉冲功率调节系统的研究

对一种变压器和电爆炸丝开关相结合的功率调节系统进行了研究。该系统能有效实现低阻抗的初级能源和高阻抗负载的匹配,为高阻抗负载提供高电压大功率的脉冲。给出了该系统在５ｋＪ电容器能源组上的实验结果和数值模拟结果。在７５电阻负载上得到了脉宽为３００ｎｓ、幅度大于６００ｋＶ的高压脉冲。变压器耦合系数大于０８。     

不同介质中电爆炸金属丝断路开关性能的实验研究

进行了不同绝缘介质，如空气、N2、去离子水、变压器油等对电爆炸丝断路开关性能影响的实验研究，结果表明要提高电爆炸金属丝断路开关的性能，除了选用合适的电路参数、金属丝尺寸以外,还必须选用高性能的绝缘介质。     

电感储能脉冲功率调节系统的研究

研制了一种小型的电感储能脉冲功率调节系统,它能把低阻抗的爆炸压缩装置的输出能量有效地转换成为适合于电子束和等离子体物理实验需要的高电压大功率脉冲。我们分析了以电爆炸丝断路开关为基础的电感储能功率调节系统,并给出了它的工作性能及实验结果。当储能电感的磁通量达到0.1Wb时,在40的负载电阻上可获得上升前沿为50ns、幅度大于600kV的脉冲电压。该系统结构紧凑,运行成本低,重复性好。已建立了该系统相应的理论模型和计算程序,数值模拟结果和实验结果一致。     

微细球形铝粉爆炸特性的实验研究

从工业安全角度出发,在三种不同实验装置上对五种粒度(直径由3～30m)的球形铝粉的爆炸特性进行了全面、系统的实验研究。研究结果主要给出了铝粉在封闭容器的爆炸过程中,其粉末浓度、粒度、含氧量和初始扬尘湍度强度对爆炸后的最大压力升值、最大能量释放率和最低极限着火粉尘浓度的影响。结果表明:铝粉粒度和含氧量是对铝粉爆炸参数有最主要影响的两个因素。     

电爆炸导体及其应用

爆炸的物理现象概述 所谓电爆炸导体(丝或箔),就是以电流形式快速向导体输入能量,使其迅速地发生相转变(固体液体汽体等离子体)。电爆炸导体(以下简称电爆炸)的概念,早在1874年就有人提出过。1920年又有人提出用它产生3000℃以上高温的设想,于是引起科学工作者的关注。     

传输线馈电条件下金属丝阵内爆过程的参数匹配

给出了描述金属丝阵内爆的动力学方程及传输线馈电下的回路方程，并针对特定的参数条件开展了数值计算。计算结果表明：丝阵内爆速度与峰值电流成正比；方程的解只与两个集成的耦合参数及传输线电压特性有关，而两个耦合参数的组合使能量耦合效率存在最大值，得到了传输线参数与丝阵优化尺寸间的关系。     

锆金属粉尘云的爆炸特性

采用20 L近球形爆炸实验系统对锆粉尘云的爆炸特性开展了实验研究,分别分析了初始点火能量、点火延迟时间、粉尘云浓度3种因素对锆粉尘云爆炸强度的影响,揭示了锆粉尘云在密闭容器中的爆炸特性。在本实验条件下,结果表明:初始点火能量对锆粉尘云最大爆炸压力有显著影响,锆粉尘云最大爆炸压力随初始点火能量的增大而增大;随点火延迟时间的增加,锆粉尘云最大爆炸压力先增大后减小,存在最佳点火延迟时间;随粉尘云浓度的增大,锆粉尘云最大爆炸压力先增大后减小,存在最佳锆粉尘云浓度,得到锆粉尘云的爆炸下限为18~20 g/m3。     

新型功率调节系统中的炸药驱动断路开关技术

介绍了两种炸药驱动断路开关的基本工作原理及主要性能。提出了在以爆炸磁压缩发生器为能源的脉冲功率调节系统中，采用两级爆炸断路开关。估算并比较了采用两级断路开关和只用一级爆炸丝断路开关时爆炸丝开关中的能量损耗。     

电爆炸高速喷涂新技术研究

利用电爆炸方法 ,研制了高速喷涂金属涂层的装置。提出了脉冲加热电流的简化计算公式 ,并将理论值和实测结果进行了比较。以 1Cr18Ni9Ti钢为喷涂原料进行了高速喷涂实验。实验表明 ,涂层的平均晶粒直径小于 10 m。当电容器初始电压高于某一值时 ,涂层与基体结合面处形成了比涂层晶粒尺寸更为细小的过渡层。涂层的硬度值与喷涂前的原始硬度值相比显著提高。     

水下爆炸冲击凹陷液面诱导射流研究

利用液滴坠落冲击直管中水平液面产生半球形凹陷,并以此凹陷液面作为初始界面进行水下爆炸冲击诱导射流的实验研究。以高速摄影为主要手段,结合Fluent数值模拟,揭示了凹陷液面在水下爆炸冲击作用下的变形过程和机理。实验结果表明,随着爆炸的发生,液面凹陷中心会汇聚形成纤细光滑的射流,同时在管壁附近会产生附加环状射流,这明显区别于冲击直管中水平液面诱导射流的现象。进一步研究发现,中心射流的产生主要源于液面凹陷对爆炸能量的汇聚作用,而附加射流的产生受到液面初始形状和管壁剪切阻力的共同影响,二者经历短暂的加速过程之后均以一个近似恒定的速度向上抬升。通过考察能量对射流的影响发现,中心射流与附加射流的速度均与充电电压(爆炸能量的1/2次方)呈线性正相关;中心射流形态特征基本不变,附加射流则随能量的变化呈现不同的形态。     

工程陶瓷引弧微爆炸加工冲击力建模及实验分析

介绍了引弧微爆炸加工过程中冲击力产生的原因,利用单因素实验确定影响冲击力的主要工艺参 数,利用正交实验和回归分析的方法建立了冲击力指数型经验模型,得出工艺参数对冲击力的影响规律。实 验结果表明:工作电流、工作气压和微爆炸发生器喷嘴直径是影响冲击力大小的主要工艺参数,冲击力随着工 作电流的增大而减小,随着工作气压和喷嘴直径的增大而增大,而工作脉宽和工作距离对冲击力大小影响不 显著;建立的冲击力模型与实验结果吻合良好。研究结果可以为引弧微爆炸加工过程的控制提供参考依据。     

高电压点火有效能量的测量及相关问题

建立了测量高电压点火产生的爆炸波参数装置,利用PCB压力传感器测定了在空气中高压电火花产生的爆炸波压力及其到达时间。改变点火能量和测试距离,得到了爆炸波的变化趋势和传播规律,并探讨了爆炸波各参数的标度尺寸。结果表明,电火花产生的爆炸波符合Hopkinson-Sachs爆炸相似律。把1/4周期放电能量与数值模拟结果进行比较,得知初始1/4周期放电能量(点火能量)与爆炸波能量基本吻合;因此,1/4周期放电能量可被视为作用于直接起爆引起爆轰的有效能量。进一步探讨了高电压点火各能量的分布;结果表明,储存于电容的总能量1/2CU2中约91%消耗于能量损失和欧姆损耗,初始1/4周期放电能量仅约占2%,其余的点火能量只起到加热混合物的作用。     

水中铝丝电爆炸反应的研究

介绍了对金属铝丝在水中电爆炸反应的研究。获得了铝-水反应率和单位质量铝的输入电能的关系曲线。触发lg铝反应所需电能阈值为2kJ,完全反应所需电能为12kJ;反应能量释放率,即反应释放的化学能同输入电能比为1.3。通过改变爆炸丝的截面积,还对放电电流脉冲波形进行了调节,使电容器储能利用率达到了70%。