[发明专利]一种可调式高电压大尺度气泡生成装置

说明书

技术领域

本发明具体涉及一种实验室条件下可调式高电压大尺度气泡生成装置。

背景技术

水中气泡的动态特性一直是很多领域关心的重要基础性问题，气泡应用十分广泛，包括石油开采、化学工业、海洋环境、医疗等领域。由于气泡运动的复杂性，人们对气泡种种特性的研究仍不够充分，很多未知的机理有待探索。研究的方法分为实验设计和数值模拟两种方法，其中实验设计是人们认识气泡最直接的手段，且为数值模拟提供了有效的验证手段。然而目前国内在实验室条件下通过非药包爆炸手段生成气泡的尺度均相对较小，在脉动过程中浮力对其纵向迁移很小，不利于对具有浮力效应的大尺度气泡进行机理性分析，因此有必要在实验室条件下设计一套大尺度爆炸气泡生成的实验装置。

与本发明申请有关的公开文件有：1、水中电火花气泡生成的实验装置及实验方法（CN102141523A申请号/专利号2010106024228分类号G01N21/85申请人/权利人:哈尔滨工程大学）；2、可调式低电压气泡发生器（CN102621146A申请号/专利号201210049782.9分类号G01N21/85申请人/权利人：哈尔滨工程大学)；3、Intensity of oscillation of spark-generated bubbles（Journal of sound and vibration2010年4月）；4、水中高压放电气泡的实验研究（物理学报2003年07期）。专利1和专利2中所产生的气泡都是低电压下的气泡生成装置，产生的气泡尺度较小，浮力等作用小，与真实情况差别大。文献3设计了一种测量气泡脉动强度的实验，相比之下，本专利的电极选择上使用的是石墨，经多次对比试验发现，石墨电极产生的气泡尺度是同样条件下是钨电极的1.5倍。本专利实现了电源电压和电容值的可调，并设计了完备安全装置，如消除电容放电后的残余电荷的装置、地线、保险丝、封闭的金属仪器箱。文献4设计了水下高压放电的模型试验，但该装置主要研究初始总电能和气泡脉动的关系，并没有针对产生大尺度气泡进行设计，和本专利的用途不同。除此外该装置的的电极选用的铜丝，本专利的电极选择上使用的是石墨。而且在高压电源的选用上，本专利将电路转化成了直流电，而不是该文献中的电压大小改变方向不变的半波形交流电，从而解决高压部分电压电流测量的问题，即可直接用直流电压表电流表进行测量。最重要的是为了控制装置生成不同尺度的气泡，本专利实现了电容值的可调，电容值越大，气泡的尺度越大。

本发明实现了利用高压尖端放电，电解水生成大尺度气泡的目的，填补了国内在该领域研究装置的空白，并且在实验电极选择和电容可变上进行了创新。本装置具有其他装置不具有的特点：1、可更加精确的模拟实际水下爆炸。2、可观察到气泡的上浮及气泡受浮力的影响，客服了国内在实验室条件下通过非药包爆炸手段生成气泡的尺度均相对较小，在脉动过程中浮力对其纵向迁移很小，不利于对具有浮力效应的大尺度气泡进行机理性分析的困难。3、在电极的选择上，国内外通常选用铜和钨电极，但经发明人多次反复试验发现，在同样的水深和其它条件下，石墨电极所产生的气泡尺度大约是钨电极的1.5倍，比钨电极具有更大的优势。4、该发明实现了电容值的可变，在每个电容的支路上连接一个开关，即每闭合一个开关电容的数值增加20uf，为防止电容全部关闭时电路出现短路等问题，其中一组电容始终保持连通状态，不设置开关，可实现通过改变不同电容值，而实现改变气泡尺度大小的目的。5、本装置有着完善的安全措施，如电路中有保险丝的连接，地线的连接，阻断电磁向外辐射的的铝制仪器箱，消除电容中残留电荷的安全装置，以及各种不同颜色的指示灯。6、该发明实现了对高压电源输出电压的控制。7、本装置还可连多个电极，观察多个气泡融合动态特性，如同相气泡的耦合特性试验，异相气泡耦合特性试验。

综上所述，已公开发表的文献及已申请的专利与本发明均有较大差别。

发明内容

本发明的目的在于提供一种设备投资少、操作简单、准确度高，可重复实验的可调式高电压大尺度气泡生成装置.

本发明的目的是这样实现的：

一种可调式高电压大尺度气泡生成装置：

（1）充电装置

包括一块低压稳压电源和一块高压稳压电源，电位器串联在电源的两端；

（2）放电装置

由N个20uf、额定电压2000V的电容并联后并联到电源和两个电极的两端，N≥2在每个电容的支路上连接一个开关，两个电极置于透明的水槽中，水槽两侧分别设置高速摄像机和光源,高速摄像机和光源处于同一水平面，水槽内装有去气的水；

（3）测量装置