电点火是生产生活中比较常见的点火方式,在军事、化工等行业也有较为广泛的应用。研究电火花放电的能量输出结构以及能量释放规律可以为其在相关生产生活中的应用提供一定的数据支撑和理论依据。本文在小能量电火花放电点火装置的基础上设计了多能级静电点火装置,建立了包含点火系统、电压电流测试系统、超压测试系统、纹影测试系统以及其他设备为一体的测量系统,重点测量分析计算了10J、100J和1000J三个能量档位下火花放电过程中总释放能、火花能和爆炸波能之间的转化关系,分析了电火花放电过程中的能量输出结构和释放规律。实验发现,在不同能量档位下,放电过程中的电压电流曲线均符合衰减的周期性变化规律。 火花放电过程中大部分能量消耗在电路中(导线和开关),只有小部分以火花能的形式释放。而火花能又可以简化为加热作用和爆炸波作用两种形式,对于一般小能量点火而言,热核心的加热作用起主导作用,爆炸波影响可以忽略不计;对于高能量点火在爆轰直接起爆等实验中的应用而言,热传导速度小于爆炸波产生速度,爆炸波起主导作用。爆炸波能同样也只是火花能的一小部分。本文分析确定了守恒法为主的火花能计算方法和纹影轨迹法为主的爆炸波能计算方法。
经计算发现,总释放能、火花能和爆炸波能均随着充电电压的增大而增大,基本呈线性趋势。总释放能中火花能占7.7%-14.1%,大约4.4%-19.7%的火花能转化为爆炸波能。随着能量档位的增大,火花能占总释放能的比率逐渐升高,而火花能转化为爆炸波能的效率则逐渐降低。最终得到了该实验条件下总释放能、火花能和爆炸波能三者之间的转化关系式,进一步分析了电火花放电过程中的能量输出结构以及释放规律。
电火花放电与工业生产中的电气安全密切相关,本文的研究结果对于火花能、爆炸波能等的标定以及火花能的有效利用有着重要的理论意义和参考价值。
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