一种电火花诱导空泡发生与测量装置及方法

本发明涉及空泡空化动力学领域，更具体地，涉及一种电火花诱导空泡发生与测量装置及方法。

背景技术：

1、水中的高速运动如电厂发电中用于输送水的泵、控制阀的转动，以及在海洋船舶运输中螺旋桨和叶轮的高速旋转等过程中，机械固件与液体的相互作用会导致蒸汽泡的形成，这一现象被称为空化。

2、液体运动中物体受空化冲击后,表面会出现的变形和材料剥蚀现象,又称剥蚀或气蚀。空蚀破坏一直是水工泄水建筑物运行中最常见的工程问题:溢流面、挑流鼻坎、泄洪洞转弯段、消力池底板和消能墩、闸门门槽和底缘、船闸输水阀门和门帽、水轮机的叶片等，都是极易发生空化空蚀的位置。空化过程中,空化泡急速产生、扩张和溃灭,在液体中形成激波或高速微射流，会对壁面材料造成疲劳破坏。

3、现有的技术(cn105797647b)中利用可调输出电压的变压器作为升压装置由电极放电过程产生空化现象，同时利用高速摄像机进行监测记录。现有的技术(cn106482928a)则是利用直流稳压电源通过波段控制回路接硬质合金电极丝的两极，同时设有瞬态测温系统与高速摄影拍摄系统。但是上述现有技术中对于电极产生空化反应后电极处的剩余电压未进行处理，实验安全性较低；上述现有技术中高速摄像机均为直接拍摄电极放电过程，容易造成拍摄实际不精准，无法准确抓取画面的情况；除此之外上书现有技术中对产生空化反应的电路电压值与电流值未进行测量记录。

4、现有技术(cn217954683u)中公开了利用放热电阻实现电源放电，将电能转化为热能释放的过程，但其应用背景并没有公开应用于产生空化的电路中；现有技术(cn213337874u)中公开了利用罗氏线圈、高压探针和示波器构成检测单元，但其应用背景并没有公开应用于产生空化的检测设备中；现有技术(cn105258919b)中公开了由同步器和高速器摄像头连接的记录仪，作为粒子成像测速仪的一部分，但其应用背景并没有公开应用于产生空化的电路中。

5、因此，亟需提供一种电火花诱导空泡发生与测量装置及方法，通过冲击电流激发产生空泡，同时通过监测记录系统进行同步记录的高安全性电火花诱导空泡发生与测量装置及方法。

技术实现思路

1、有鉴于此，本发明提供了一种电火花诱导空泡发生与测量装置及方法。

2、一方面，本发明提供了一种电火花诱导空泡发生与测量装置，包括：冲击电流发生器以及分别与冲击电流发生器连接的高速摄像系统、监测记录系统和卸载系统；

3、冲击电流发生器包括依次连接的储能电容、第一电阻、二极管、可调式高压直流电源和充电开关，储能电容的输入端与第一电阻的输出端连接，第一电阻的输入端与二极管的输出端连接，二极管的输出端与可调式高压直流电源的输入端连接，可调式高压直流电源的输入端与充电开关的输出端连接，充电开关的输入端与储能电容的输出端连接；储能电容的输入端连接电压表的正极，储能电容的输出端连接电压表的负极；

4、冲击电流发生器还包括控制开关，控制开关的输出端与储能电容的输入端连接，控制开关的输入端外接电源；

5、冲击电流发生器还包括电极，储能电容的输入端与电极的正极连接，储能电容的输出端与电极的负极连接，电极的正极和电极的负极置于水箱中；

6、高速摄像系统包括依次连接的高速摄像机、第四电阻、同步器和第三电阻，同步器的输入端与第三电阻的输入端连接，第三电阻的输出端与控制开关的输出端连接，同步器的输出端与第四电阻的输入端连接，第四电阻的输出端与高速摄像机连接；

7、监测记录系统包括示波器和第二电阻，示波器的输入端与控制开关连接，示波器的输出端与第二电阻的输入端连接，第二电阻的输出端与同步器的输出端连接；监测记录系统还包括与示波器电连接的高压探针和罗氏线圈，高压探针的探头接入储能电容与电极的正极连接的电路中，罗氏线圈套入储能电容与电极的正极连接的电路中；

8、卸载系统包括放热电阻和卸载开关，放热电阻的输入端与储能电容的输出端连接，放热电阻的输出端与卸载开关的输入端连接，卸载开关的输出端与储能电容的输入端连接。

9、可选的，电极为铜丝或钨丝。

10、可选的，水箱内液体为去离子水。

11、可选的，储能电容的容量为440μf。

12、可选的，罗氏线圈按照电流流向套入储能电容的输入端与电极的正极连接的电路中。

13、又一方面，本发明提供了一种电火花诱导空泡发生与测量方法，包括：充电，放电，卸载电压；

14、充电过程包括：充电开关闭合，可调式高压直流电源经二极管稳压后经过第一电阻向储能电容充电，充电完成后，充电开关断开，电压表测量储能电容两端的工况电压；

15、放电过程包括：控制开关闭合，储能电容放电，电流由储能电容的输入端流向电极的正极再流向电极的负极后流回储能电容的输出端；控制开关闭合经第三电阻向同步器输入脉冲信号，与同步器输出端连接的高速摄像机拍摄，与同步器输出端连接的示波器通过高压探针与罗氏线圈记录放电过程的电压和电流波形；放电过程完成后，电压表测量储能电容两端电压；

16、卸载电压过程包括：电压表测量储能电容两端电压后，卸载开关闭合，放热电阻卸载储能电容放电后的剩余电压。

17、可选的，可调式高压直流电源向储能电容充电时输出电压为u1，0v＜u1≤600v；输出电流为i，i＝50ma。

18、可选的，工况电压为u2，0v＜u2≤600v。

19、可选的，充电过程充电时间为t1，5s≤t1≤30s。

20、可选的，放电过程放电时间为t2，1s≤t2≤5s。

21、与现有技术相比，本发明提供的一种电火花诱导空泡发生与测量装置及方法，至少实现了如下的有益效果：

22、本发明提供的一种电火花诱导空泡发生与测量装置及方法，包括冲击电流发生器以及分别与冲击电流发生器连接的高速摄像系统、监测记录系统和卸载系统；充电开关闭合，储能电容经第一电阻由可调式高压直流电源进行充电，操作人员可通过可调式高压直流电源设置充电电压、充电电流，从而调整储能电容内的存储能量，保证实现充电及放电能量可控；当储能电容升至一定电压后，电路中的控制开关开关导通，通过控制开关放电，从而形成由储能电容输入端到储能电容输出端的放电回路，产生脉冲电压，并施加到水下电极，激发空泡发生，当控制开关闭合的同时，可调式高压直流电源经控制开关向同步器发送脉冲信号，同步器向高速摄像机以及示波器输出信号，高速摄像机同步拍摄水下电极发生空泡现象，示波器记录由高压探针与罗氏线圈测量的放电过程中的电压及电流波形，高速摄像系统和监测记录系统虽接入放电电路中但是高压放电回路与信号传输回路是完全隔离的，可以防止储能电容产生的高压击穿如同步器、高速摄影机这类的精密测量设备；放电结束后，控制开关断开，卸载开关闭合，利用放热电阻将电路内剩余电压以热能形式释放，保证实验过程安全性。

23、当然，实施本发明的任一产品必不特定需要同时达到以上所述的所有技术效果。

24、通过以下参照附图对本发明的示例性实施例的详细描述，本发明的其它特征及其优点将会变得清楚。