李元 李林波 温嘉烨 倪正全 张冠军

(西安交通大学电气工程学院, 电力设备电气绝缘国家重点实验室, 西安 710049)

1 引 言

水中脉冲放电是在极短时间内水中电极间的放电现象.放电通常会形成丰富的热、光、力、声学等物理效应, 即“液电效应”[1], 被广泛应用于油气增产[2]、岩石破碎[3,4]、材料回收[5]及水下高强度声源[6]等多学科领域.此外, 水中放电过程还会生成过氧化物、自由基(如·OH)等高氧化电位产物, 在环境处理领域具有广阔应用, 如有机物降解[7]、废水处理[8,9]、杀菌消毒[10,11].研究水中放电的特性与机理, 有助于深入认识放电引起的复杂物理现象.理解放电的起始、发展过程, 对于丰富现有的液体放电理论, 继而调控放电实现不同应用有重要意义.

相较于气体放电等离子体中相对丰富的击穿模型和机理, 学术界对于水中脉冲放电的认识水平还很滞后, 尚缺乏合理的放电理论解释不同脉冲条件下放电起始的原因[12].通常认为, 水中微秒脉冲放电的起始与水中气泡形成有关[13—16].在强电场作用下, 液体电导率增加, 焦耳热汽化了局部液体形成气泡.气泡给电子提供了较大的自由程, 利于电子能量积累, 容易引发电子雪崩, 所以放电从气泡中起始.由于水的加热汽化过程需要数百纳秒以上[13], 所以气泡放电机理无法解释水中纳秒级快脉冲放电现象.水中纳秒放电的形成时间极短(放电时延仅数纳秒甚至数百皮秒), 放电起始早于气泡形成[17,18], 表明水中纳秒脉冲……