The initial stage of wire array Z-pinch,i.e.the energy deposition stage in single wire electrical explosion,plays a very important role in the performance of the whole Z-pinch process.In this paper,this stage was mode...The initial stage of wire array Z-pinch,i.e.the energy deposition stage in single wire electrical explosion,plays a very important role in the performance of the whole Z-pinch process.In this paper,this stage was modeled and simulated.Based on a mathematic model coupled with external circuit,the influence of wire dimension on the waveforms of current and voltage and the voltage-peak time in the energy deposition stage was studied.The calculated specific power indicates that time of the energy deposition extends with wire length quadratically.For normal wire dimension of wire array Z-pinch,the energy deposition time decreases slowly with the decreasing wire diameter,until approaches a minimum depended on the wire length.展开更多
金属丝电爆炸放电波形研究是分析负载能量耦合效率等特性的基础。为此,采用步进电机驱动金属丝端部向高压平板电极运动,通过高压电场击穿环境气体,将大电流导入金属丝中,完成电爆炸。基于该实验方案,提出了一种金属丝电极向高压电极运...金属丝电爆炸放电波形研究是分析负载能量耦合效率等特性的基础。为此,采用步进电机驱动金属丝端部向高压平板电极运动,通过高压电场击穿环境气体,将大电流导入金属丝中,完成电爆炸。基于该实验方案,提出了一种金属丝电极向高压电极运动过程中、环境气体击穿时,两电极间气隙长度的计算方法。并利用电路模型对氩气中铝电爆炸丝放电电流进行了数值模拟,最后分析了不同实验因素(充电电压、金属丝直径及充气压力)对放电电流波形的影响。结果表明:将计算得到的气隙长度代入电路模型,模拟得到的金属丝放电电流波形与实验测量结果基本相符;当充电电压由20 k V提高到28 k V时,放电电流峰值、上升速度分别增大了约6 k A、10 k A/μs,金属蒸汽击穿时刻提前了近0.4μs;当氩气气压从0.10 MPa提升到0.20 MPa时,金属蒸汽击穿时刻由1.5μs推迟到2.1μs。展开更多
爆炸活塞式高速开断装置的炸药腔室结构直接影响混合型限流熔断器的动力、电气性能,不合理的结构会使动子获得的动能降低,导致分断能力下降甚至分断失败。针对此问题,以LS-DYNA为仿真平台建立了非线性动力学模型,对炸药腔室的结构进行...爆炸活塞式高速开断装置的炸药腔室结构直接影响混合型限流熔断器的动力、电气性能,不合理的结构会使动子获得的动能降低,导致分断能力下降甚至分断失败。针对此问题,以LS-DYNA为仿真平台建立了非线性动力学模型,对炸药腔室的结构进行了研究,得到了冲击波在炸药腔室内的传播规律,并分别分析了炸药与活塞距离、活塞半径、药腔半径对开断性能的影响,结果表明炸药腔室结构参数存在最优值。最后设计了额定900 V/1 000 A的装置样机进行了分断特性和短路开断试验,试验中开断器动子位移与仿真一致,样机成功分断了预期峰值40 k A、电流上升率12 A/μs的短路电流,机械刚分时间为84μs,短路电流峰值被限制在22.7 k A,表明仿真模型与相关研究结论可用于指导爆炸活塞式高速开断器的结构优化设计。展开更多
基金Project supported by National Natural Science Foundation of China （51237006 51322706）.
文摘The initial stage of wire array Z-pinch,i.e.the energy deposition stage in single wire electrical explosion,plays a very important role in the performance of the whole Z-pinch process.In this paper,this stage was modeled and simulated.Based on a mathematic model coupled with external circuit,the influence of wire dimension on the waveforms of current and voltage and the voltage-peak time in the energy deposition stage was studied.The calculated specific power indicates that time of the energy deposition extends with wire length quadratically.For normal wire dimension of wire array Z-pinch,the energy deposition time decreases slowly with the decreasing wire diameter,until approaches a minimum depended on the wire length.
文摘金属丝电爆炸放电波形研究是分析负载能量耦合效率等特性的基础。为此,采用步进电机驱动金属丝端部向高压平板电极运动,通过高压电场击穿环境气体,将大电流导入金属丝中,完成电爆炸。基于该实验方案,提出了一种金属丝电极向高压电极运动过程中、环境气体击穿时,两电极间气隙长度的计算方法。并利用电路模型对氩气中铝电爆炸丝放电电流进行了数值模拟,最后分析了不同实验因素(充电电压、金属丝直径及充气压力)对放电电流波形的影响。结果表明:将计算得到的气隙长度代入电路模型,模拟得到的金属丝放电电流波形与实验测量结果基本相符;当充电电压由20 k V提高到28 k V时,放电电流峰值、上升速度分别增大了约6 k A、10 k A/μs,金属蒸汽击穿时刻提前了近0.4μs;当氩气气压从0.10 MPa提升到0.20 MPa时,金属蒸汽击穿时刻由1.5μs推迟到2.1μs。
文摘爆炸活塞式高速开断装置的炸药腔室结构直接影响混合型限流熔断器的动力、电气性能,不合理的结构会使动子获得的动能降低,导致分断能力下降甚至分断失败。针对此问题,以LS-DYNA为仿真平台建立了非线性动力学模型,对炸药腔室的结构进行了研究,得到了冲击波在炸药腔室内的传播规律,并分别分析了炸药与活塞距离、活塞半径、药腔半径对开断性能的影响,结果表明炸药腔室结构参数存在最优值。最后设计了额定900 V/1 000 A的装置样机进行了分断特性和短路开断试验,试验中开断器动子位移与仿真一致,样机成功分断了预期峰值40 k A、电流上升率12 A/μs的短路电流,机械刚分时间为84μs,短路电流峰值被限制在22.7 k A,表明仿真模型与相关研究结论可用于指导爆炸活塞式高速开断器的结构优化设计。
