设计了一套用于控制30个脉冲功率电源模块按时序进行放电的控制系统。该控制系统使用高速数字信号处理器作为主要控制芯片，采用高速光电转换器件及光纤作为触发信号传输系统，利用脉冲隔离变压器作为电源开关触发系统的主要隔离元件，在硬件方面实现了时序放电触发信号的高精度传输和高压隔离。同时，该控制系统使用优化的软件算法对数字信号处理器进行软件编程，实现了放电时序计算的优化控制，而且利用简易的计算机语言对上位机软件进行编写，实现对放电时序进行精确的设置，从而保证了时序放电的精确度。将该控制系统用于实际的30路脉冲功率电源放电装置的实验中，得到了良好的放电电流实验波形。根据时序触发波形及放电波形进行分析，该时序放电控制系统每路电源放电时间最小间隔可达到20 μs，电流波形反映的触发时刻与放电时序设置时刻的延时误差分布在10~15 μs，整个控制系统的性能符合设计的要求。

针对脉冲大电流放电实验中汇流装置因极强后坐力导致与轨道连接件断裂等问题，从力学特性入手，研究了高通流能力、长寿命、可操作的汇流装置结构。大电流致使汇流装置受到极强后坐力，为了削弱后坐力的影响，对汇流装置与轨道夹角不同的情况进行了几何结构设计和仿真分析。通过受力分析、初速度计算，得到高可靠性、方便操作的汇流装置优化结构，并可在实验室中得到应用。

在20 kV/40 kJ的重复频率压裂系统实验平台上，对大水泥岩样进行了电脉冲水中放电压裂实验。为了模拟井下实际工况，实验时将放电电极装入带有射孔的绝缘套管。水中脉冲放电时岩样中产生定向冲击压力波，冲击波作用于岩层使其产生裂缝。实验结果表明，冲击波通过绝缘套管作用于岩样时有一定的能量损失，部分冲击波压力会施加于绝缘套管，绝缘套管在整个实验期间没有发生形变，电脉冲放电对套管损伤作用极小，重复压裂冲击波会通过射孔在岩样上形成一定规模的微裂缝。去掉绝缘套管后，裸电极作用于岩样造缝效果会更好，裂缝明显的呈现对称规则。

为了解决电磁轨道发射器在实际应用中遇到的高热量积累问题, 需要对轨道进行冷却。基于多物理场耦合仿真平台Comsol Multiphysics, 从轨道结构特性和电气特性两个方面进行分析, 提出了在轨道内部设置冷却管道的基本规律。建立发射器的电磁场和结构场耦合模型, 利用有限元法对预紧力和电动力作用下的轨道响应进行数值计算。仿真结果表明, 设置冷却管道会对轨道造成材料损失, 进而影响轨道性能, 冷却管道应当尽可能远离肩部与枢-轨接触面连接处, 并提出了冷却管道位于轨道不同位置时, 轨道的形变规律和电感梯度变化规律, 为轨道热管理冷却管道的设置方案提供了理论依据。

针对ns级脉冲电流信号的测量, 设计了一种带磁芯的新型自积分式罗氏线圈, 具有信噪比高、动态范围广等优点。屏蔽盒开气隙防止涡流。屏蔽盒外层采用聚氨酯进行整体封装, 聚氨酯层厚度大于1.5 mm, 可耐受大于20 kV的冲击电压。采用高压方波发生器与Pearson4100线圈对罗氏线圈标定。罗氏线圈的参数为: 灵敏度0.018 8 V/A, 最高上升时间小于20 ns, 方波脉宽300 ns, 最大峰值电流300 A。

为了更高效地对电磁轨道发射进行大量的实验研究,分析改进了使用中小口径发射器作为研究对象的模型化研究方法。考虑到材料属性等实验条件的可行性,对电磁轨道发射器进行模型化,分析其电磁场、温度场等物理场以及速度、带载能力等性能指标,提出较为可行的模型化研究方案,并利用Ansoft Maxwell等软件对瞬态情况下的发射器三维模型进行仿真验证。理论推导和仿真结果表明: 电磁轨道发射器的模型化研究方法有很多种,在大口径原型发射器中采用电导率相对较低的材料,即可实现与现有的、采用电导率较高材料的中小口径发射器的物理场匹配,且保证速度和单位体积带载能力相同。

基于液电效应原理, 采用高压电脉冲放电对模拟岩样及实际砂岩岩样进行了压裂实验研究。脉冲电源最大储能40 kJ/20 kV, 放电电流最高可达70 kA。实验结果表明, 高压电脉冲能够在岩样中造成非常明显的裂缝, 可以在多个方向上造出多条具有一定高度(最大0.32 m)的裂缝, 近井筒裂缝无明显的扭曲, 裂缝的形态与放电电压、能量及放电次数有关。对模拟岩样压裂后产生的裂缝进行了三维形貌分析, 得到裂缝的表面平均粗糙度在0.430~1.075 mm之间, 具有一定的导流能力。

为了产生高能等离子体合成射流，设计了一台面向等离子体合成射流应用的微秒脉冲源，输出电压为10 kV，重复频率为100 Hz，可承受高达250 A的放电电流。详细介绍了微秒脉冲源的工作原理，比较了不同放电电容对脉冲变压器原边电流及输出电压的影响。进一步将所设计的微秒脉冲源成功应用于等离子体合成射流实验中，研究了不同间距对等离子体合成射流的影响，比较了有无放电电容条件下的能量消耗率。实验结果表明: 不同放电电容在相同激励器间距的条件下，击穿电压基本相同; 击穿电压随激励器间距增大而增大。有放电电容能产生较大的放电电流，且电流值随电容值的增大而增大。有放电电容条件下的能量消耗率比无放电电容要高，易于产生高能的等离子体合成射流。