申请/专利权人：西安交通大学

申请日：2020-11-26

公开（公告）日：2024-04-05

公开（公告）号：CN112287620B

主分类号：G06F30/28

分类号：G06F30/28;G06F17/11;G06F119/14

优先权：

专利状态码：有效-授权

法律状态：2024.04.05#授权;2021.02.23#实质审查的生效;2021.01.29#公开

摘要：本发明公开了一种水中纳秒脉冲放电起始过程的数值模拟方法，该方法对水中纳秒脉冲放电起始阶段包含的电致伸缩、空化和液体电离等基本过程建立了物理模型，利用有限元软件对模型进行数值求解，在每个计算时间步内，模拟按照以下步骤进行：计算液体被拉伸后出现的压强；计算水中出现空腔的数密度与大小；计算由空腔导致的液体内碰撞电离速率；对水中带电粒子密度，更新电场强度分布，进行下个时间步的计算。本发明提出的物理模型可定量描述有质动力引起水中压强变化和形成空化的动态发展，展现空化诱导液体电离的时空演化，为理解水中纳秒脉冲放电的起始过程提供重要数据支撑和理论依据。

主权项：1.一种水中纳秒脉冲放电起始过程的数值模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：S1，建立描述水中电致伸缩效应的流体动力学模型，基于水中施加纳秒脉冲电压后的电场分布，计算电致伸缩效应导致的局域水密度和水中总压强；S2，建立液体在所述水中总压强作用下的空化模型，推导空腔的产生与膨胀过程，计算水中出现空腔的数密度和半径分布；S3，建立空化发生后的液体电离模型，计算空腔表面处种子电子的产生速率和种子电子在空腔中获得能量引发的液体分子碰撞电离速率；S4，基于液体分子碰撞电离速率，计算液体电离产生的水中带电粒子密度，并更新电场强度分布，重复步骤S1-S4，进行下一个计算时间步的求解；所述步骤S1中，建立描述水中电致伸缩效应的流体动力学模型，基于水中施加纳秒脉冲电压后的电场分布，计算电致伸缩效应导致的局域水密度和水中总压强，具体包括：所述流体动力学模型的数学控制方程由流体的质量、动量连续性方程和Tait方程组成，利用所述流体的质量、动量连续性方程计算有质动力导致局部液体运动，产生的局域水密度和压强，引入Tait方程描述局域水密度和压强的关系，以获得水中总压强，公式分别如下： 其中，ρ为局域水密度，为液体运动速度，p为液体静压强，E为电场强度，为作用于液体的有质动力，α为有质动力经验系数，ε为水的相对介电常数，ε0为真空介电常数，p0表示常温常压下水的压强，为105Pa，ρ0表示常温常压下水的密度，为1000kgm3；在公式1-3中，外施电场强度E为已知量，通过联立求解方程1-3，可求得在纳秒脉冲电场作用下ρ、p、个变量的时空演化；根据上述公式计算水中总压强ptotal＝p-αε0ε2E2，表征液体受拉伸的程度；所述步骤S2中，还包括：使用经典成核理论CNT估计空腔的产生速率，具体为：采用水中空化实验数据拟合得到经典成核理论中的成核能量Eb，如下式：Eb＝Aptotal-2+B4空腔的产生速率Γ与成核能量Eb的表达式具有如下形式： 其中，Γ0为经典成核理论中空腔生成点的数密度与空腔形成频率的乘积，kb为玻尔兹曼常数，Γ0与Eb均为水中总压强ptotal的函数，T为温度，A和B为根据实验数据拟合得到的系数，与温度有关；所述步骤S2中，计算水中出现空腔的数密度和半径分布，具体包括：在计算空腔半径演化时，考虑空腔膨胀造成液体静压强p增加，使用变化的p对空腔的半径演化过程进行计算，计算公式为： p＝p0+csρ0nporeVpore7其中，R为空腔半径，ρ为水的密度，p为液体静压强，σ为水的表面张力系数，kσ为表面张力系数的修正因子，p0为105Pa，cs为水中声速，ρ0为1000kgm3，npore为空腔的数密度，通过步骤S2中公式5得到的空腔产生速率Γ的时间积分求得，Vpore＝34πR3为单个空腔体积；通过公式7，求得空腔膨胀挤压液体时液体静压强p的大小，将该p带入公式6，在求解空腔半径演化的过程中考虑液体压强变化的影响。

全文数据：

权利要求：

百度查询： 西安交通大学 一种水中纳秒脉冲放电起始过程的数值模拟方法

免责声明
1、本报告根据公开、合法渠道获得相关数据和信息，力求客观、公正，但并不保证数据的最终完整性和准确性。
2、报告中的分析和结论仅反映本公司于发布本报告当日的职业理解，仅供参考使用，不能作为本公司承担任何法律责任的依据或者凭证。

阅读全文 双屏查看 官方信息 专利公告 收藏专利 下载PDF 下载WORD