CN109341940A - 一种液相高压脉冲放电直接冲击压力测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

一种液相高压脉冲放电直接冲击压力测量装置及方法，属于冲击压力测量技术领域。测量装置包括圆柱形不锈钢支撑座和支撑圆柱，支撑座上部为高压放电极，支撑座上表面可放置用于脉冲放电破碎的材料，支撑圆柱固定于支撑座下部，支撑圆柱下方放置压力胶片，且压力胶片位于圆形不锈钢底板上，底板表面连接不锈钢限位圆环，限位圆环对称两侧开有缺口，不锈钢支撑座通过导线接地。测量方法是通过压力胶片受压后产生的应力反应表征直接冲击压力。本发明属于无源测量方法，能够避免有源压力测量器件在高压脉冲放电过程中易被强脉冲电磁场损坏的情况，同时压力胶片可直接在放电位置下方近场处进行测量，能够避免有源压力测量器件需要较远测量距离的限制。

Description

一种液相高压脉冲放电直接冲击压力测量装置及方法
技术领域
本发明属于冲击压力测量技术领域，涉及一种液相高压脉冲放电直接冲击压力测量装置及方法。
背景技术
近年来，液相高压脉冲放电等离子体技术以其良好的应用性而备受各国研究人员的青睐。液相(一般为水介质)高压脉冲放电是在液相施加高电压，造成液相击穿的一种放电形式，可以在液相中形成局部高温热点、冲击波、紫外光、活性自由基等理化效应。在放电过程伴随的众多效应中，力学效应一直是研究的热点，并且在岩石破碎、混凝土回收、废弃电路板处理、管道除垢等领域被广泛应用。尤其针对材料破碎而言，明确水中脉冲放电的直接压力特性极为重要，是解释材料破碎的理论基础。各国学者已对水中脉冲放电的冲击压力特性展开了大量研究，其中，压力测量手段基于冲击压力以球面波形式传播的原理，在远场以PCB压力传感器或水听器等有源测量器件对放电后径向冲击压力进行测量。
但由于高压脉冲放电过程产生的高温、高压及强流脉冲使得水体环境变得极为复杂，尤其是放电通道周围的强脉冲磁场可使传统的有源测量器件损坏或失真，且传统有源测量器件受自身测量范围限制(最小测量距离需距压力源几十厘米，距离过近会超出压力传感器测量范围)，难以对放电通道的直接冲击压力进行近场测量。
富士压力胶片是一种实现压力无源测量的工业产品，其表面基材上附着有显色剂与发色剂，施压时发色剂中微囊破裂，生色物质与显色物质相互反应，红色区出现在胶片上，色彩的浓度会随着压力的改变而改变。采用富士压力胶片并设计配套的胶片放置装置能够实现对液相高压脉冲放电直接冲击压力的测量，同时根据压力胶片红色区产生形态及位置可判断压力冲击位置。
发明内容
本发明的目的在于，针对传统有源压力测量器件不能在近场实现液相高压脉冲放电直接冲击压力测量的问题，提出一种液相高压脉冲放电直接冲击压力测量装置及方法，该方法能在放电点轴向方向的近场处，对放电产生的直接冲击压力进行测量，同时根据压力胶片变色区域判断压力冲击位置。
为实现上述目的，本发明采用的技术方案为：
一种液相高压脉冲放电直接冲击压力测量装置，包括支撑座2、支撑圆柱3、限位圆环4、压力胶片5、圆形底板6。
所述的支撑座2为圆柱形结构，支撑座2上方设有高压放电极1，高压放电极1与支撑座2之间的距离可调，且支撑座2上表面可放置用于脉冲放电破碎的材料；所述的支撑座2通过导线接地。
所述的支撑圆柱3共七根，均固定于支撑座2下部，中心处一根，其余六根圆周对称分布；所述的支撑圆柱3下方放置压力胶片5，根据实际放电情况选取高、中、低等不同耐压等级压力胶片；所述的压力胶片5放置于圆形底板6上。所述的圆形底板6上表面设置限位圆环4，用于限制支撑座2横向移动；圆形底板6开有连接孔，与脉冲放电反应器连接；所述的限位圆环4对称两侧开有缺口，使压力胶片5从中插入。
所述的压力胶片放入防水塑料袋中真空塑封；
所述的支撑座2、支撑圆柱3、限位圆环4、底板6均为不锈钢材质。
一种液相高压脉冲放电直接冲击压力测量方法，包括以下步骤：
(1)将压力胶片5放入防水塑料袋中真空塑封；
(2)将圆形底板6固定于脉冲放电反应器内部，从限位圆环4缺口处插入已塑封的压力胶片5；
(3)将支撑座2放置于限位圆环4内，保证支撑圆柱3接触在压力胶片5表面，并将支撑座2接地；
(4)调节脉冲放电反应器内高压放电极位置，使其位于支撑座2中心上方；
(5)向脉冲放电反应器内注入水，使水面淹没放电极尖端；
(6)在高压放电极上施加高压脉冲，由于支撑座2接地，两极间形成放电，脉冲放电过程中产生的直接冲击压力作用于支撑座2表面并传递至支撑圆柱3，最终反映在压力胶片5上；
(7)步骤(6)中受到压力作用后的压力胶片5经扫描及软件分析，得到对应冲击压力值；
(8)根据步骤(6)中压力胶片在步骤(7)中得到的冲击压力值，通过仿真计算得到作用于支撑座2表面的直接冲击压力。
所述的支撑座2表面若放置破碎材料，可根据步骤(8)得到作用于材料表面的直接冲击压力。
本发明与现有技术相比较，有益效果为：
本发明通过压力胶片受压后产生的应力反应表征直接冲击压力，属于无源测量方法，避免了有源压力测量器件在高压脉冲放电过程中易被强脉冲电磁场损坏的情况，同时压力胶片可直接在放电位置下方近场处进行测量，也避免了有源压力测量器件需要较远测量距离的限制。
附图说明
图1为液相高压脉冲放电直接冲击压力测量装置结构剖面图；
图2为受到冲击压力作用后的压力胶片图；
图3为不同电压条件下冲击压力载荷与放电电压关系曲线图。
图中：1高压放电极，2支撑座，3支撑圆柱，4限位圆环，5压力胶片，6圆形底板。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明进一步说明。
实施例1
本实施例公开了一种液相高压脉冲放电直接冲击压力测量装置，其结构如图1所示，包括：不锈钢支撑座2及支撑圆柱3，所述支撑座2上部为高压放电极1，放电极1与支撑座2间距离可调，且支撑座2上表面可放置用于脉冲放电破碎的材料；所述支撑圆柱3共七根固定于支撑座2下部，中心处一根，其余六根圆周对称分布；所述支撑圆柱3下方放置压力胶片5，根据实际放电情况选取高、中、低等不同耐压等级压力胶片；所述压力胶片5放置于圆形不锈钢底板6上；所述底板6表面连接不锈钢限位圆环4，用于限制支撑座横向移动；所述限位圆环4对称两侧开有缺口，使压力胶片5从中插入；所述不锈钢支撑座2通过导线接地。
采用上述装置测量液相高压脉冲放电直接冲击压力的方法，包括步骤如下：将压力胶片5放入防水塑料袋中真空塑封；将底板6固定于脉冲放电反应器内部，从限位圆环4缺口处插入已塑封的压力胶片5；将支撑座2放置于限位圆环4内，保证支撑圆柱3接触在压力胶片5表面，并将支撑座2接地；调节脉冲放电反应器内高压放电极1位置，使其位于支撑座2中心上方；向反应器内注入水，使水面淹没放电极1尖端；在高压放电极1上施加高压脉冲，由于支撑座2接地，两极间形成放电，脉冲放电过程中产生的直接冲击压力作用于支撑座2表面并传递至支撑圆柱3，最终反映在压力胶片5上；将受到压力作用后的压力胶片5经扫描及软件分析，得到对应冲击压力值；根据得到的冲击压力值，可通过仿真分析得到作用于支撑座2表面的直接冲击压力。受到冲击压力作用后的压力胶片如图2所示。
实施例2
采用实施例1所述一种液相高压脉冲放电直接冲击压力测量装置及方法进行不同电压条件下脉冲放电破碎菱镁矿的冲击压力分析的步骤如下：
(1)根据实施例1所述连接各部分装置；
(2)将圆柱形菱镁矿样品放置于支撑座2表面，调节高压放电极1尖端距菱镁矿样品上表面10mm处；
(3)分别在﹣30kV、﹣35kV、﹣40kV和﹣45kV电压条件下对菱镁矿样品进行高压脉冲放电破碎，分析得到不同电压条件下压力胶片的压力值；
(4)根据不同电压条件下压力胶片的压力值，通过仿真计算得到作用于菱镁矿表面的冲击压力值，关系曲线如图3所示。
最后应说明的是：以上各实施例仅用于说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种液相高压脉冲放电直接冲击压力测量装置，其特征在于，所述的测量装置包括支撑座(2)、支撑圆柱(3)、限位圆环(4)、压力胶片(5)、圆形底板(6)；
所述的支撑座(2)为圆柱形结构，支撑座(2)上方设有高压放电极(1)，高压放电极(1)与支撑座(2)之间的距离可调，且支撑座(2)上表面可放置用于脉冲放电破碎的材料；所述的支撑座(2)通过导线接地；
所述的支撑圆柱(3)共七根，均固定于支撑座(2)下部，中心处一根，其余六根圆周对称分布；所述的支撑圆柱(3)下方放置压力胶片(5)，根据实际放电情况选取高、中、低等不同耐压等级压力胶片；所述的压力胶片(5)放置于圆形底板(6)上；所述的圆形底板(6)上表面设置限位圆环(4)，用于限制支撑座(2)横向移动；圆形底板(6)开有连接孔，与脉冲放电反应器连接；所述的限位圆环(4)对称两侧开有缺口，使压力胶片(5)从中插入。
2.根据权利要求1所述的一种液相高压脉冲放电直接冲击压力测量装置，其特征在于，所述的压力胶片(5)放入防水塑料袋中真空塑封。
3.根据权利要求1或2所述的一种液相高压脉冲放电直接冲击压力测量装置，其特征在于，所述的支撑座(2)、支撑圆柱(3)、限位圆环(4)、底板(6)均为不锈钢材质。
4.一种液相高压脉冲放电直接冲击压力测量方法，其特征在于以下步骤：
1)将压力胶片(5)放入防水塑料袋中真空塑封；
2)将圆形底板(6)固定于脉冲放电反应器内部，从限位圆环(4)缺口处插入已塑封的压力胶片(5)；
3)将支撑座(2)放置于限位圆环(4)内，保证支撑圆柱(3)接触在压力胶片(5)表面，并将支撑座(2)接地；
4)调节脉冲放电反应器内高压放电极位置，使其位于支撑座(2)中心上方；
5)向脉冲放电反应器内注入水，使水面淹没放电极尖端；
6)在高压放电极上施加高压脉冲，由于支撑座(2)接地，两极间形成放电，脉冲放电过程中产生的直接冲击压力作用于支撑座(2)表面并传递至支撑圆柱(3)，并最终反映在压力胶片(5)上；
7)分析步骤6)中受到压力作用后的压力胶片(5)，得到对应冲击压力值；
8)根据冲击压力值，通过仿真计算得到作用于支撑座(2)表面的直接冲击压力。
5.根据权利要求所述的一种液相高压脉冲放电直接冲击压力测量方法，其特征在于，所述的支撑座(2)表面若放置破碎材料，可根据步骤8)得到作用于材料表面的直接冲击压力。
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