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含气隙的铝丝电爆炸特性

高电压技术 2022年第6期48卷 2302-2308页

作者：蔡金吴坚邱少君石桓通李兴文西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049 西安近代化学研究所西安710065

在金属丝电爆炸法批量制备纳米颗粒的工业生产中,金属丝在连续送丝工作模式时与高压电极间存在气隙,为此基于实验和数值模拟研究了气隙对铝丝电爆炸特性的影响。在常压空气介质条件下,由送丝装置往高压电极板输送直径0.4mm的铝丝进行电... 详细信息

在金属丝电爆炸法批量制备纳米颗粒的工业生产中,金属丝在连续送丝工作模式时与高压电极间存在气隙,为此基于实验和数值模拟研究了气隙对铝丝电爆炸特性的影响。在常压空气介质条件下,由送丝装置往高压电极板输送直径0.4mm的铝丝进行电爆炸实验,采用高速相机对整个送丝过程进行光学诊断,获取了不同电压下的气隙击穿长度,并建立比作用量模型和Rompe-Weizel的火花电阻模型对考虑气隙的电爆炸波形进行了电路模拟。研究结果表明气隙击穿长度与充电电压之间呈现正比关系,其比例约为20 kV/cm,空气间隙对电爆炸的影响较小,增加充电电压可有效提高能量沉积速率加快相变过程。连续送丝时,气隙击穿长度会随着爆炸次数增加而减小。

关键词：金属丝电爆炸连续送丝气隙击穿比作用量模型电路模拟

基于毛细管放电等离子体产生瞬态高热负荷的实验研究

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中国电机工程学报 2022年第1期42卷 415-424页

作者：蒋仕杨伟鸿陈立李伟昊李兴文石桓通电力设备电气绝缘国家重点实验室(西安交通大学) 陕西省西安市710049

托卡马克装置在运行时出现的第I类边缘局域模(edge-localizedmode,ELM)会产生瞬态高热负荷,但很难直接在现有装置上对ELM热负荷进行研究。该文提出基于毛细管放电等离子体等效模拟ELM瞬态高热负荷的思路,并研制可重复频率运行的毛细管... 详细信息

托卡马克装置在运行时出现的第I类边缘局域模(edge-localizedmode,ELM)会产生瞬态高热负荷,但很难直接在现有装置上对ELM热负荷进行研究。该文提出基于毛细管放电等离子体等效模拟ELM瞬态高热负荷的思路,并研制可重复频率运行的毛细管射流等离子体产生装置,实现1~10Hz连续可调、稳定运行。然后,建立毛细管等离子体射流的光学诊断系统,结合Bartels及其他光谱分析方法,获得等离子体射流形态、电子温度、密度等关键参数,解决难以分析自蚀谱线的问题。最后,建立基于薄膜量热计的热负荷测量系统,其具有高精度、快响应速度的优点,可直接有效测定热负荷。结果表明,在-(1~2)kV充电电压、50Pa干燥空气条件下,瞬态热负荷功率可达GW·m^(-2)量级,有效均匀面积为5cm^(-2)以上,电子密为度1.78×10^(23)m^(-2),能够满足ELM高热负荷的核心指标要求。

关键词：毛细管放电磁约束聚变高热负荷光谱薄膜量热计

阴极内嵌绝缘子对真空中平行双丝电爆炸的影响

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高电压技术 2019年第9期45卷 3020-3024页

作者：吕乃丞邹晓兵石桓通王新新清华大学电机工程与应用电子技术系

真空中金属丝阵电爆炸存在极性效应,改变丝表面径向电场的方向和大小会影响金属丝阵电爆炸过程中的沉积能量。为此使用阴极内嵌绝缘子的方法改善平行双丝负载的径向电场分布,以提高平行双丝负载的沉积能量,并将其与普通电极构型进行对... 详细信息

真空中金属丝阵电爆炸存在极性效应,改变丝表面径向电场的方向和大小会影响金属丝阵电爆炸过程中的沉积能量。为此使用阴极内嵌绝缘子的方法改善平行双丝负载的径向电场分布,以提高平行双丝负载的沉积能量,并将其与普通电极构型进行对比。先利用COMSOL软件对2种电极结构分别进行仿真计算,结果表明:阴极内嵌绝缘子的方法可以有效改善平行双钨丝负载表面的径向电场分布,将负方向的径向电场转变为正向的径向电场,从而可有效抑制金属丝表面的电子发射。PPG-3装置的实验结果进一步验证了上述结论:阴极内嵌绝缘子的电极构型可以显著提高金属丝阵中的沉积能量(每原子平均沉积能量由3.2 eV提升至12.5 eV),并使爆炸丝具有更高的膨胀速度(1.23 km/s增加至3.95 km/s)和汽化比率。

关键词：金属丝电爆炸极性效应径向电场内嵌绝缘子沉积能量

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水中铜丝电爆炸激光阴影及流体模拟研究

高电压技术 2020年第7期46卷 2586-2592页

作者：汪倩李晓蔚阴国锋范云飞石桓通李兴文西安理工大学理学院西安710048 大亚湾核电运营管理有限公司深圳518000 西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049

水中金属丝电爆炸是获得水下强冲击波的有效方式。为此采用双透镜四焦距成像系统减小相差,在保证良好对焦的前提下拍摄了最优放电模式下水中铜丝电爆炸的激光阴影图像,并结合放电电信号波形对其演化过程进行了描述和分析。实验结果表明... 详细信息

水中金属丝电爆炸是获得水下强冲击波的有效方式。为此采用双透镜四焦距成像系统减小相差,在保证良好对焦的前提下拍摄了最优放电模式下水中铜丝电爆炸的激光阴影图像,并结合放电电信号波形对其演化过程进行了描述和分析。实验结果表明:金属丝在熔化结束之前产生第1个明显的压力波,该压力波在阴影图像中呈现分层结构,并以接近静水声速的速度传播,其后被主冲击波追赶直至淹没。在汽化阶段,金属丝开始显著膨胀,且早期水流密度分布造成阴影图像边界模糊。爆炸丝及主冲击波均表现出良好的轴向均匀性,边界平滑、整齐。进一步利用流体力学模型对上述丝爆产生冲击波过程进行研究,基于实测爆炸丝膨胀轨迹模拟得到的冲击波传播轨迹与实验结果高度一致;冲击波波形及爆炸丝压力等重要物理信息也可通过模型计算给出。

关键词：水中金属丝电爆炸激光阴影法流体模型冲击波等离子体不稳定性

不同负载尺寸下水中铜丝电爆炸特性的实验研究

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高电压技术 2021年第7期47卷 2599-2606页

作者：石桓通范云飞阴国锋张子悦李兴文邱爱慈西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049

水中金属丝电爆炸是获得水下强冲击波的有效方式,在液电成型、非常规天然气开采等领域有重要应用前景。为此基于水中金属丝电爆炸实验平台,在固定初始储能下研究了较大范围内负载直径和长度对水中铜丝电爆炸电学特性和冲击波特性的影响... 详细信息

水中金属丝电爆炸是获得水下强冲击波的有效方式,在液电成型、非常规天然气开采等领域有重要应用前景。为此基于水中金属丝电爆炸实验平台,在固定初始储能下研究了较大范围内负载直径和长度对水中铜丝电爆炸电学特性和冲击波特性的影响,并研究了不同回路电感和初始储能下匹配模式的负载尺寸,基于实验数据对匹配模式经验公式进行了分析和修正。实验结果表明金属丝直径和长度的改变会显著影响金属丝汽化后的电阻,使电爆炸过程出现不同的放电模式,其中匹配模式能量沉积效率和产生的冲击波近场峰值近乎最高,且一定电路参数对应的负载尺寸唯一;水下丝爆冲击波波前在传播过程中由柱面(近场)向球面(远场)过渡,其峰值压力可近似认为按径向距离的常数幂衰减,不同长度金属丝产生的冲击波随传播距离的衰减快慢不同,基于实验数据给出了衰减指数的经验公式。

关键词：水中金属丝电爆炸负载尺寸匹配模式沉积能量冲击波衰减

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丝阵负载Z箍缩早期过程的研究

强激光与粒子束 2018年第8期30卷 97-105页

作者：石桓通邹晓兵朱鑫磊赵屾王新新清华大学电机系北京100084

利用X箍缩等离子体产生的μm级、亚ns脉冲X射线点源对双丝电爆炸过程进行了X射线背光照相,结果表明:真空环境下爆炸丝通常形成"核冕"结构,即高密度丝核表面围绕着低密度冕等离子体;随后在全局磁场驱动下,冕层将被连续剥离并向轴线汇聚,... 详细信息

利用X箍缩等离子体产生的μm级、亚ns脉冲X射线点源对双丝电爆炸过程进行了X射线背光照相,结果表明:真空环境下爆炸丝通常形成"核冕"结构,即高密度丝核表面围绕着低密度冕等离子体;随后在全局磁场驱动下,冕层将被连续剥离并向轴线汇聚,形成"先驱等离子体",大大降低丝阵的内爆品质。针对上述问题,进一步对实现"无核丝爆"(提高丝核沉积能量实现金属丝的均匀汽化)的方法进行了研究。实验结果表明:提高驱动电流上升率以及在金属丝表面构造正向径向电场均有利于丝核沉积能量的提高。结合上述两种方法,提出了阴极串联闪络开关的电极构型,大幅度提高了丝核沉积能量:正负极性驱动电流下比能量分别提高到原来的2倍(从5.7eV/atom到13eV/atom)和3.5倍(3.4eV/atom到12eV/atom),均超过了钨丝汽化能(8.8eV/atom),且激光干涉图像表明爆炸产物具有很高的汽化率,即实现了"无核丝爆"。

关键词： Z箍缩金属丝电爆炸核冕结构质量消融闪络开关无核丝爆

基于FMM算法的夏秋季登陆中国热带气旋路径分类及特征分析

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大气科学学报 2017年第3期40卷 390-400页

作者：耿焕同谢佩妍史达伟李俊徽南京信息工程大学计算机与软件学院江苏南京210044 南京信息工程大学大气科学学院江苏南京210044 江苏省连云港市气象局江苏连云港222000

利用有限混合模型FMM聚类算法,将1951—2012年夏秋季(6—11月)登陆我国的热带气旋(Tropical Cyclone,TC)路径数据集分为三类,并对三类不同路径TC的季节变化、发生频数、环流形势等特征进行对比分析。研究表明,每类TC存在明显的特征差异... 详细信息

利用有限混合模型FMM聚类算法,将1951—2012年夏秋季(6—11月)登陆我国的热带气旋(Tropical Cyclone,TC)路径数据集分为三类,并对三类不同路径TC的季节变化、发生频数、环流形势等特征进行对比分析。研究表明,每类TC存在明显的特征差异:1)在夏季,第一、二类TC出现频数高于第三类,但在秋季第三类TC发生频数最高。2)第一类TC生成位置偏北,强度较强,生命史较长,路径略有向北发展的趋势,影响区域最广;第二类TC生命史最短,主要影响我国两广、福建一带;第三类TC生命史最长,路径略向西北方向发展。3)第一类TC在生成和消亡时的辐合程度最强,且副高脊线西伸脊点位置偏北;第二类TC在消亡时低层辐合最弱,且副高脊线西伸脊点位置偏西;第三类TC在生成时纬向风垂直切变最强,且副高脊线西伸脊点位置偏东南。

关键词：有限混合模型热带气旋路径分类气候特征大尺度环流场

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X-pinch负载分流关系研究

强激光与粒子束 2014年第4期26卷 279-282页

作者：赵屾邹晓兵朱鑫磊石桓通罗海云王新新清华大学电机工程与应用电子技术系北京100084

研究了X-pinch和回流柱之间的分流关系,以及两个X-pinch之间的分流关系。在X-pinch和回流柱的分流实验中,X-pinch上的电流与回流柱上的电流大体相等,这表明电流分布不只与X-pinch或回流柱的特性有关,而且也与它们所在回路的其他部分有... 详细信息

研究了X-pinch和回流柱之间的分流关系,以及两个X-pinch之间的分流关系。在X-pinch和回流柱的分流实验中,X-pinch上的电流与回流柱上的电流大体相等,这表明电流分布不只与X-pinch或回流柱的特性有关,而且也与它们所在回路的其他部分有关。在两个X-pinch之间的分流实验中,X-pinch上的电流与X-pinch本身的材料和直径几乎无关,这确认了电流分布与回路中X-pinch之外的部分有关。离绝缘柱远的X-pinch上的电流总是比离绝缘柱近的X-pinch上的电流略大一些,这是并联回路之间的互感造成的。

关键词： X-pinch 电流分布回路电感脉冲功率技术

面向量产的氩气中铝丝电爆炸及纳米颗粒粒径分布特性

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高电压技术 2021年第5期47卷 1857-1865页

作者：刘超鹏甘云丹李旭东吴坚石桓通李兴文张子悦西安交通大学电力设备电气绝缘国家重点实验室西安710049 西安近代化学研究所西安710065

铝纳米颗粒具有广泛的应用前景,金属丝电爆炸是高效批量生产铝纳米颗粒的重要途径。为了进一步提高铝纳米颗粒的制备效率和产量,研究了更高初始质量铝丝(长度7~15 cm、直径0.1~0.4 mm)在电压20~30 kV、气压100~300k Pa下的电爆炸特性及... 详细信息

铝纳米颗粒具有广泛的应用前景,金属丝电爆炸是高效批量生产铝纳米颗粒的重要途径。为了进一步提高铝纳米颗粒的制备效率和产量,研究了更高初始质量铝丝(长度7~15 cm、直径0.1~0.4 mm)在电压20~30 kV、气压100~300k Pa下的电爆炸特性及其纳米颗粒粒径分布特性,获得了铝丝长度、丝直径、充电电压、氩气气压对电爆炸过程中的电压电流波形和金属丝沉积能量的影响规律,建立了沉积能量及过热系数与纳米颗粒粒径分布的对应关系。实验结果表明:增加铝丝长度和直径,电爆炸丝中的单位体积沉积能量减小,纳米颗粒的平均粒径增大,且粒径大于100nm的颗粒占比显著提高;当铝丝参数一定时,提高充电电压可以使单位体积沉积能量增大,纳米颗粒的平均粒径减小;氩气气压对沉积能量和纳米颗粒粒径分布特性的影响较小。

关键词：铝丝电爆炸纳米颗粒沉积能量特性粒径分布特性过热系数