电液压脉冲水射流发生器及破岩研究

论文摘要

为了满足我国社会主义经济大发展时期工程建设领域中采矿、隧道、地下等工程的发展需要,针对当前破岩设备和装置所存在的问题,提出利用电液压脉冲效应作为高压脉冲水射流动力源。对电液压脉冲水射流发生器的工作原理和电气参数进行了分析。基于椭球体聚焦冲击波的原理,提出了冲击波聚能高压脉冲射流发生器。应用热力学、流体力学、电学、机械学、声学、光学以及等离子体物理学等学科的理论知识对电液压脉冲技术中脉冲大电流发生器的工作原理、水中放电时产生的机械效应、气隙和液体击穿机理、放电通道的形成及其特点进行了分析和讨论。建立了等离子体通道的数学模型。利用π定理和无量纲分析方法推导出放电通道的液动力特性的无量纲微分方程,通过求解无量纲微分方程得到了放电通道的液动力特性与放电回路电气参数间的关系,从而可以能预测放电通道内的压力、通道半径和通道膨胀速度。利用正交实验方法对电液压脉冲水射流发生器的结构S、电极结构形式F、两电极间的距离l对水射流压力的影响进行了实验研究。实验结果表明,其影响程度大小按l,S ,F (从大到小)。还对影响射流压力的放电能量、喷嘴结构和放电室体积等因素进行了实验研究。根据实验结果,设计和加工制造了一台电液压脉冲水射流发生装置。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 1 绪论
• 1.1 研究目的及意义
• 1.2 脉冲射流研究现状
• 1.2.1 阻断式脉冲射流
• 1.2.2 激励式脉冲射流
• 1.2.3 挤压冲击式脉冲射流
• 1.3 本文研究的内容
• 2 电液压脉冲的基本理论
• 2.1 电液压脉冲技术概述
• 2.2 气隙和液体击穿机理
• 2.2.1 气隙击穿机理
• 2.2.2 气体放电的汤逊准则
• 2.2.3 液体击穿机理
• 2.3 电液压脉冲作用的全过程及液体中所发生的现象
• 2.3.1 放电通道的形成及其特点
• 2.3.2 放电时空化腔室的产生及其特点
• 2.3.3 放电通道内的压力特点
• 2.3.4 放电过程各阶段的特点
• 3 电液压脉冲液动力特性分析
• 3.1 放电通道的数学模型
• 3.2 球形等离子体活塞液动力特性分析
• 3.3 圆柱形等离子体活塞液动力特性分析
• 4 电液压脉冲水射流装置原理及其电气参数研究
• 4.1 电液压脉冲射流装置原理
• 4.2 充电回路电气参数分析
• 4.2.1 R-C 电路的充电过程
• 4.2.2 自由分量和时间常数τ
• 4.2.3 充电回路电气元件选择
• 4.3 放电回路电气参数分析
• 4.3.1 放电回路的构成
• 4.3.2 放电回路分析
• 4.3.3 冲击大电流的参数
• 4.4 两电极间的距离（ED）的确定
• 4.5 聚能工作腔室的设计
• 5 实验研究
• 5.1 实验内容
• 5.2 实验装置
• 5.3 电液压脉冲水射流性能实验
• 5.3.1 放电室和电极结构及两电极间的距离对压力影响的实验研究
• 5.3.2 喷嘴结构对射流压力影响的实验研究
• 5.3.3 放电腔室的体积对射流压力影响的实验研究
• 5.3.4 放电能量对射流压力影响的实验研究
• 5.3.5 电液压脉冲水射流发生器的参数选择
• 6 总结与建议
• 6.1 主要工作
• 6.2 对今后工作的建议
• 致谢
• 参考文献
• 附录：作者在攻读硕士学位期间发表的论文