水中脉冲放电的电特性与声辐射特性研究

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1、第*!卷第’期#&&#年’月物理学报B:2)*!，P:)’，Q32R，#&&#!&&&.%#,&I#&&#I*（!&’）I!*$,.&*J@KJLM>NO@JNOPO@J"#&&#@915)L9RS)N:<)!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!!水中脉冲放电的电特性与声辐射特性研究!）"!）#）卢新培潘垣张寒虹!（）华中科技大学电力工程系，武汉$%&&’$）#（）中国科学技术大学力学与机械工程系，合肥#%&&#(）（#&&!年’月!(日收到；#&&!年!!月#%日

2、收到修改稿）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)关键词：水中脉冲放电，等离子体!"##：*#+&，*#,&通道电阻各周期的变化情况，还将给出冲击波压力!=引言与回路参数的关系，并对冲击波压力作频谱分析)自从!,

3、**年>3;?15将液电效应用于工业加工以来，人们对此做了大量的研究工作，它已被用于特#=实验装置［!—%］［$—(］种加工、岩石破碎等领域)近年来，由于环境问题越来越受到人们的重视，研究人员在水中脉图!为实验装置简图)它由充放电回路、电测量［’—!*］冲放电用于污水处理方面做了大量的研究工系统和压力测量系统所构成)充电电容为%个作，并取得了一定的进展)另外，水中脉冲放电所产$=!*!A的电容器组成，初始电压为*—%&?B，电极间生的声信号与水下爆炸声源所产生的声信号具有相距离为#—,&//可调)两电极用!C#//的铜棒制似的特性，水中脉冲放电是将电

4、能在极短时间内转成)水箱中装入自来水)采用高压电极触发空气火花化为声能，而水下爆炸是将化学能转化为声能)虽然间隙开关)每次放电时在电极间焊上直径为［#*］水下爆炸声源已被广泛采用，但它具有如下缺点：&=&#//的铜丝以保证放电的可重复性)电极间的（!）它是单脉冲声源；（#）对水中的鱼类有威胁；（%）电压用分压器测量，回路电流用茹柯夫线圈测量，由对海中采矿设施及海边建筑物具有一定影响)而水瞬态波存记录电流、电压波形信号)冲击波的压力由下火花声源没有上述缺点，并具有如下特点：（!）可压电式压力传感器测量，压力传感器安装在放电室以连续发送多声脉冲；（#）具

5、有安全性；（%）效率高；的壁上，压力信号先通过>-*+*’电荷放大器放大，（$）频谱可调，频率覆盖范围宽，可以用来有效地模然后由DEF瞬态波存记录压力波形)拟舰艇的声谱，是一种有前途的噪声模拟技术)由于水下火花声源具有上述特点，自从#&世纪,&年代%=实验结果与分析以来，它被看作水下爆炸声源的一种理想的替代声源而被深入地研究［!(—#%］$%&%电特性分析)由于放电时火花通道的电阻影响着输入到通道内的能量，从而对气泡的动力分析放电回路可知，水中高压脉冲放电的电特［#$］学过程具有显著的影响，@0557221认为放电通道电性由!"#回路的微分方程决定：

6、阻没有变化，本文所给出的实验结果表明，通道电阻#G$G$$"#H!（%）HC&，（!）是随着放电时间的推移而逐渐增大的，文中将给出G%G%#"-./012：2341567189:;/012)<:/!%%-物理学报%!卷图!实验装置简图!为充电电阻；"为触发信号；#和$为分压器；%为罗柯线圈；&为压力传感器；’为电荷放大器；(为图"当&-:"-<3，":!"7$%"8，!:%7""9，’:"66时)*+,!-!-型瞬态波存的电流(及电压&波形图式中!是放电回路及储能电容器的电感，"是储能表!前两个周期整个回路平均电阻与放电参数间电容器的电容，#是存储在

7、电容器"上的电荷，的关系（单位：6!）$（%）是短路回路平均阻抗$./0与等离子体通道平均序号";"8&-=<3’=66$!$"阻抗$之和2其中$是通过短路水中的电极进行.1./0!!"7$%"->-!’-""-放电，并根据此时的电流电压波形计算求得，该电阻"!"7$%"-%(!#-!&-包括球隙开关的电阻2而根据电弧理论，球隙开关电#!"7$%!%%(!%-"!-阻主要由阴极压降决定，对于铜球隙开关，该压降约$!"7$%"-"#!--!"-［"&］为!-32在我们的放电参数下，回路的峰值电流在%!"7$%!%"#!!-!#-#$前两个周期约为$4!

8、-—"4!-5量级，亦即由于&!"7$%!-"#!#-!’-放电参数不同而引起的球隙开关电阻的变化约为’!"