[发明专利]一种水中电弧放电等离子体通道特性及激波特性计算方法

权利要求书

1.一种水中电弧放电等离子体通道特性及激波特性计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1，将电弧通道电阻率视作温度的函数，电弧通道等效为圆柱体时变模型；

S2，构建能量守恒关系，建立能量守恒方程，描述能量时变特性；

S3，根据基尔霍夫定律，忽略电弧通道电感，建立等效放电回路方程；

S4，迭代运算后，实现对水中电弧放电等离子体通道特性及激波特性的计算。

2.根据权利要求1所述的一种水中电弧放电主放电过程等离子体通道特性计算方法，其特征在于，所述步骤S1中，将电弧通道电阻率视作温度的函数，电弧通道等效为圆柱体时变模型，具体包括：

等离子体通道长度可视作电极间距，电弧通道体积可视作圆柱体体积，电弧通道表面积和电弧通道电阻值也可视作圆柱体半径的函数，电弧通道压力与电弧通道半径微分值相关联，公式分别如下：

V＝πa²l

S＝2πal

其中，V代表圆柱体电弧体积，S代表圆柱体电弧表面积，a代表圆柱体电弧半径，l代表圆柱体电弧长度，R代表圆柱体电弧电阻，σ(T)代表圆柱体电弧电导率，α、β代表冲击波系数，ρ_w代表水的密度，p代表电弧通道内压力。

σ(T)可视作电弧通道温度的函数，其微分表达式如下：

其中，T表示电弧通道温度；ξ为等离子体电导率系数。

3.根据权利要求1所述的一种水中电弧放电等离子体通道特性及激波特性计算方法，其特征在于，所述步骤S2中，构建能量守恒关系，建立能量守恒方程，描述能量时变特性，具体包括：

注入到通道内的电能转化为焦耳热的功率可由通道内能变化率和通道对液体所作的机械功率之和表示，辐射功率和导热功率可由相关物理参数耦合所得。公式分别如下：

Q_R＝σ_ST⁴S

其中，γ为等熵指数，I为电弧通道电流，Q_R为辐射功率，Q_T为导热功率，σ_S为斯蒂藩辐射常数，k为玻尔兹曼常数。

通过上述公式，可实现从能量角度对水中电弧放电的定性分析，描述电弧通道放电阶段的时变特性。

4.根据权利要求1所述的一种水中电弧放电等离子体通道特性及激波特性计算方法，其特征在于，所述步骤S3中，根据基尔霍夫定律，忽略电弧通道电感，建立等效放电回路方程，具体包括：

建立水中电弧放电等效回路，将电弧通道等效为电阻，忽略时变电感的影响。根据基尔霍夫定律，可求得电流与外电路的表示关系：

U_C＝q/C

I＝-dq/dt

其中，U_c为外电路主电容电压，L为外电路电感，q为外电路主电容电荷量，C为外电路主电容，R_cir外电路总电阻。

5.根据权利要求1所述的一种水中电弧放电等离子体通道特性及激波特性计算方法，其特征在于，所述步骤S4中，迭代运算后，实现对水中电弧放电等离子体通道特性及激波特性的计算，具体包括：

设定合理初值进行迭代运算后，可实现对水中电弧放电等离子体通道特性的计算。激波在水中传递时，可利用体积相等原则将圆柱体通道等效为球体，计算出等效半径，进而计算出激波远景处的压力特性，具体公式如下：

a_s＝(3a²l)^1/3

t_r＝t+r/c₀

其中，a_s为球体等效半径，p_w为距离r处的激波压力，t_r为距离r处的时间，c₀表示水中声速。

通过上述公式对迭代后数据进行处理，即可求得激波在水中任意一点的波形特征，实现对水中激波远景处压力特性的计算；

由上述电弧通道电流方程和电弧通道瞬时功率方程即可获得电弧通道沉积能量。