本文選題：水中脈沖放電 + 等離子體震源　； 參考：《浙江大學(xué)》2017年博士論文

【摘要】：海洋油氣資源尤其是天然氣水合物的勘探和開發(fā)有望成為21世紀(jì)緩解能源危機(jī)重要途徑,因此需要大力發(fā)展海洋高分辨率地震勘探技術(shù)和裝備,為油氣和天然氣水合物等資源的勘探和開發(fā)利用提供技術(shù)支持。電火花震源作為一種可控、裝置簡單和快速重復(fù)激發(fā)等優(yōu)點(diǎn)被應(yīng)用于海洋高分辨率地震勘探。然而,由于傳統(tǒng)電火花震源基于水中脈沖電弧放電,但電壓等級高、電極壽命短和信號重復(fù)性較差,因此一種基于水中脈沖電暈放電的等離子體震源逐步得到應(yīng)用和發(fā)展,相比于電弧放電,擁有電壓等級較低、電極壽命長和信號重復(fù)性好等優(yōu)點(diǎn)。然而,對于等離子體震源的電聲特性系統(tǒng)研究相對較少,本文依托30 J等離子體震源模塊,系統(tǒng)地對電特性、氣泡動力學(xué)和聲特性進(jìn)行了分析,同時為了滿足深海高分辨率地震勘探需要,對深水條件下(高水靜壓力)下等離子體震源的電聲特性進(jìn)行了研究,提出了深拖發(fā)射陣的具體優(yōu)化路線,主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下:1.相等放電能量下,充電電壓越高可以獲得更高的負(fù)載功率峰值,充電電容越大可以獲得更大的功率脈寬。電極直徑對負(fù)載電特性影響很小,當(dāng)電極數(shù)目、電極間距、水體電導(dǎo)率和溫度越大,負(fù)載功率峰值越大,脈寬越小,而負(fù)載能量變化很小。實(shí)驗結(jié)果表明預(yù)放電時間為幾μs和預(yù)放電能量為數(shù)百mJ,因此可以忽略不計。當(dāng)放電能量為5 J～30 J時,等離子體放電的溫度為9987 K～11920 K,二次放電的強(qiáng)度和持續(xù)時間遠(yuǎn)小于等離子體放電,同時發(fā)現(xiàn)二次放電的初始時間早于氣泡破碎時刻,實(shí)測25 J和30 J下二次放電的溫度分別為6673 K和6728 K。2.對于單氣泡動力學(xué),研究表明氣泡周期和最大半徑成線性關(guān)系,符合Rayleigh模型趨勢,同時根據(jù)Rayleigh模型和假設(shè)氣泡能量效率不受靜壓力的影響,建立了簡單的預(yù)測不同靜壓力下氣泡周期的模型,可以預(yù)測不同深度下聲信號基頻;對于多氣泡動力學(xué),研究發(fā)現(xiàn)不同間距和相位差下有四種典型的氣泡動力學(xué)結(jié)果:融合、相向射流、反向射流和彈射現(xiàn)象。3.脈沖電暈放電產(chǎn)生的聲信號有多個聲脈沖,包括直達(dá)波和多個氣泡脈沖,聲信號基頻為數(shù)百Hz左右。結(jié)合不同參數(shù)下的電特性,發(fā)現(xiàn)單電極和多電極放電條件下直達(dá)波脈寬和負(fù)載功率脈寬成冪函數(shù)關(guān)系;對于單電極放電,直達(dá)波峰值和負(fù)載功率或能量注入速率成冪函數(shù)關(guān)系,對于多電極放電,不同電極數(shù)目和間距下也成冪函數(shù)關(guān)系。對于單電極放電,氣泡脈沖峰值與氣泡能量成冪函數(shù)關(guān)系,但當(dāng)水體溫度高于20℃時,二次放電更加強(qiáng)烈導(dǎo)致氣泡脈沖峰值下降。4.通過耐高水靜壓實(shí)驗平臺,研究了不同水深下電聲特性,結(jié)果表明水靜壓力對電特性影響很小,而直達(dá)波峰值和源級隨著水深的增大快速下降,當(dāng)單脈沖能量超過20 J時水靜壓力導(dǎo)致的源級損失小于傳播損失,不同深度下聲信號的峰值頻率都在20 kHz左右,模擬結(jié)果表明當(dāng)水深達(dá)到2000m時,30J能量下聲信號基頻達(dá)到30kHz左右,表明直接深拖并不可行,需要進(jìn)一步優(yōu)化。5.提出了兩種優(yōu)化方案,一是多路延時輸出,二是耐壓透聲發(fā)射陣。在常壓和高壓下驗證了通過多路延時輸出實(shí)現(xiàn)聲脈沖的調(diào)幅調(diào)頻,結(jié)果表明符合線性疊加原理,且延時時間越長,直達(dá)波峰值越小,脈寬越大;研究發(fā)現(xiàn)一種新的微孔電極結(jié)構(gòu)可以大幅提高聲脈沖峰值,自行設(shè)計了 22孔同軸透聲發(fā)射陣并研究了電聲特性,發(fā)現(xiàn)電導(dǎo)率為40mS/cm左右是直達(dá)波峰值最大,選取碳纖維作為耐壓透聲材料,1m長的碳纖維筒壁厚為10mm時可以在20MPa下工作,且10 kHz以下的聲信號通過碳纖維筒壁幾乎不產(chǎn)生損失。
[Abstract]:In order to meet the needs of high - resolution seismic exploration in deep sea , the higher the voltage level , the shorter the electrode life and good signal reproducibility . 3 . The acoustic signal generated by pulse corona discharge has a plurality of acoustic pulses , including direct wave and multiple bubble pulses , the fundamental frequency of acoustic signal is about several hundred Hz .

【學(xué)位授予單位】：浙江大學(xué)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號】：P618.13;P631.4

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