气泡是自然界和人类社会普遍存在的多相流现象,广泛地应用于多个领域中,例如在海洋地质勘探、船舶制造和化学工程等领域。其中在海洋勘探领域中,目前常用的震源包括气枪和电火花震源,原理都是通过水下气泡的快速膨胀和内爆产生声脉冲信号,声信号的强度及频谱特性由气泡的动力学过程决定。目前,等离子体震源是一种新型的电火花震源,已经被广泛应用于海洋高分辨率地质勘探,常规使用的声学发射阵是将多电极并联后,在水中通过同步尖端局部放电,产生气泡从而辐射声波,实现电声能量的转化,因此,气泡动力学的研究对发射阵的设计和优化有着重要意义。目前,电火花震源的主要采用正极性放电,由于电极寿命低,现在逐步开始采用负极性放电。本文利用30J等离子体震源模块,通过电压电流探头对电学参数和高速相机对气泡动力学进行同步测量和记录,对盐水中不同放电极性下的单气泡和多气泡的电学和动力学特性进行实验研究,并对负载电学参数和气泡动力学过程进行了仿真。主要内容和结论如下:(1)研究了负载电特性,发现正极性放电时负载电压会有残留,同时,随着电极数增加,负载电压而降低,峰值电流增加,峰值功率增加,放电脉宽减少,负载的放电能量大小变化不大,充电电压在2.22kV至4.72kV之间时,发现电极间距超过25mm以后,负载电特性基本不变;(2)研究了气泡动力学特性,对于单电极放电,相同能量下正极性气泡大于负极性气泡。对于双电极放电,充电电压为4.72kV时,双极性放电能量效率为10.5%;正极性放电能量效率为6.3%;负极性放电能量效率为5.1%。气泡能量效率随着充电电压增加而减小。不同极性放电当气泡间距γ小于1.3时,气泡之间的距离对气泡的形状、体积和气泡能量效率都有较明显的影响,气泡周期也随着电极距离的增大而增大,当电极距离继续增大时,气泡之间的影响减弱,气泡开始呈现较为规则的球形,气泡能量效率基本不变。气泡能量效率随着电极数增加而降低;(3)利用数值模拟负载电特性和单气泡动力学进行了仿真。仿真结果表明随着充电电压增大,负载阻抗变小。通过气泡实测数据和仿真数据对比,拟合出负极性放电气泡内部蒸汽压约为21 kPa,正极性放电气泡的蒸汽压为15kPa,修正后的气泡模型和实验结果一致性很好。