Сущность электрогидравлического эффекта
Электрогидравлический эффект (ЭГЭ) — новый промышлен-' ный способ преобразования электрической энергии в механическую, совершающийся без посредства промежуточных механических звеньев, с высоким КПД. Сущность этого способа состоит в том, что при осуществлении внутри объема жидкости, находящейся в открытом или закрытом сосуде, специально сформированного импульсного электрического (искрового, кистевого и других форм) разряда вокруг зоны его образования возникают сверхвысокие гидравлические давления, способные совершать полезную механическую работу и сопровождающиеся комплексом физических и химических явлений [7, 14].
В основе электрогидравлического эффекта лежит ранее неизвестное явление резкого увеличения гидравлического и гидроди-• намического эффектов и амплитуды ударного действия при осуществлении импульсного электрического разряда в ионопро-водящей жидкости при условии максимального укорочения длительности импульса, максимально крутом фронте импульса и форме импульса, близкой к апериодической.
Для электрогидравлического эффекта характерен режим выделения энергии на активном сопротивлении контура, близком к критическому, т. е. когда 1/С</?2/4/,, где С — емкость конденсатора, К и 1^ — активное сопротивление и индуктивность контура. Отсюда следует, что основными факторами, определяющими возникновение электрогидравлического эффекта, являются амплитуда, крутизна фронта, форма и длительность электрического импульса тока. Длительность импульса тока измеряется в микросекундах, поэтому мгновенная мощность импульса тока может достигать сотен тысяч киловатт. Крутизна фронта . импульса тока определяет скорость расширения канала разряда. При подаче напряжения на разрядные электроды в несколько десятков киловольт амплитуда тока.в импульсе достигает десятков тысяч ампер. Все это обусловливает резкое и значительное возрастание давления в жидкости, вызывающее в свою очередь мощное механическое действие разряда.
Осуществление электрогидравлического эффекта связано с относительно медленным накоплением энергии в источнике питания и практически мгновенным ее выделением в жидкой среде. Основными действующими факторами электрогидравлического эффекта являются высокие и сверхвысокие импульсные гидравлические давления, приводящие к появлению ударных волн со звуковой и сверхзвуковой скоростями; значительные импульсные перемещения объемов жидкости, совершающиеся со скоростями, достигающими сотен метров в секунду; мощные импульсно возникающие кавитационные процессы, способные охватить относительно большие объемы жидкости; инфра- и ультразвуковые излучения; механические резонансные явления с амплитудами, позволяющими осуществлять взаимное отслаивание друг от друга многокомпонентных твердых тел; мощные электромагнитные поля (десятки тысяч эрстед); интенсивные импульсные световые, тепловые, ультрафиолетовые, а также рентгеновские излучения; импульсные гамма- и (при очень больших энергиях импульса) нейтронное излучения; многократная ионизация соединений и элементов, содержащихся в жидкости.
Все эти факторы позволяют оказывать на жидкость и объекты, помещенные в нее, весьма разнообразные физические и химиче- . ские воздействия [19]. Так, ударные перемещения жидкости, возникающие при развитии и схлопывании кавитационных полостей, способны разрушать неметаллические материалы и вызывать пластические деформации металлических объектов, помещенных вблизи зоны разряда. Мощные инфра- и ультразвуковые колебания, сопровождающие электрогидравлический эффект, дополнительно диспергируют уже измельченные материалы, вызывают резонансное разрушение крупных объектов на отдельные кристаллические частицы, осуществляют интенсивные химические процессы синтеза, полимеризации, обрыва сорбционных и химических связей. Электромагнитные поля разряда также оказывают мощное влияние как на сам разряд, так и на ионные процессы, протекающие в окружающей его жидкости. Под их влиянием могут происходить разнообразные физические и химические изменения в обрабатываемом материале.
Понятие жидкости как среды для возникновения электрогидравлических ударов должно быть расширено на все эластичные и даже твердые (например, сыпучие) материалы.
Форма разряда, вызывающая возникновение импульсных давлений, может быть самой разнообразной: искровой, кистевой, совсем без кистей (так называемый импульсный электрический ветер).
Основой, обеспечивающей многообразные технологические возможности электрогидравлического, эффекта, является метод получения так называемых сверхдлинных искровых разрядов в проводящих жидкостях [4, 7]. Электрогидравлический эффект может быть получен и в результате предложенного нами метода
«теплового взрыва» [23], при котором искровой разряд между электродами, помещенными в жидкость, заменяется электрическим тепловым взрывом проводящего ток элемента, замыкающего электроды. Использование этого метода позволяет распространить область электрогидравлической обработки на высокотемпературные среды, в том числе на плазму и расплавы солей и металлов. Высокий КПД электрогидравлического эффекта, а также уникальные возможности электрогидравлического воздействия являются основой для широкого применения электрогидравлического эффекта во всех областях народного хозяйства,