管-管和管-板电极介质阻挡放电特性研究

电极结构对介质阻挡放电(DBD)的放电特性有重要影响,研究和比较不同电极结构DBD的放电特性,对优化DBD反应器结构和提高放电效率具有重要意义。笔者实验研究和比较了大气压空气中管-管电极和管-板电极DBD的放电特性,比较了它们电压电流波形图、李萨育图形以及发光图像的区别,研究了不同电压幅值下放电参量的变化,并从放电机理上对实验结果给出合理解释。结果表明:管-板电极DBD的电气特性和发光特性与管-板电极DBD有明显的区别,相对于管-管电极DBD,管-板电极DBD的放电更稳定,放电细丝分布更均匀;随着外加电压幅值的增加,两种电极结构DBD的放电持续时间、电流幅值、放电功率和传输电荷量都增加,在相同外加电压幅值下,管-板电极DBD的各参量均大于管-管电极DBD。     

不同电极结构介质阻挡放电特性比较

采用电压-电流波形测量、发光图像拍摄、光谱分析等手段研究大气压空气中刃-板电极、针-板电极和柱-板电极结构介质阻挡放电(DBD)的放电特性,并研究电压幅值、电源频率及气隙距离对放电功率和分子振动温度等放电参量的影响,结合放电理论对不同电极结构DBD的特性进行分析。结果表明：3种电极结构DBD的电压电流波形、Lissajous图形以及光谱谱线体现出不同的特点,相同条件下柱-板电极结构DBD放电强烈,消耗放电功率多,粒子谱线强度高,放电电流可达200 mA。电极布置差异导致电场不均匀系数的不同是放电特性出现差异的主要原因。随着电压幅值、电源频率的增加和气隙距离的减小,3种电极结构放电增强,放电功率和分子振动温度增加。     

管状电极介质阻挡放电和介质阻挡电晕放电的研究

实验研究和比较了管-管电极DBD和线-管电极 DBCD的放电特性,并从放电机理角度分析了它们放电特性不同的原因。电压-电流波形图、电压-电荷李萨育图形测量和发光图像拍摄的结果表明:线-管电极DBCD相对均匀、稳定,不同于管-管电极DBD明显的丝状流注放电的形式; 在相同的外加电压下,线-管电极DBCD比管-管电极DBD 具有更高的能量效率。     

大气中电极结构对介质阻挡放电的影响

笔者研究了平行平板电极、柱-板电极、斜板-平板电极三种电极结构DBD的放电特性,通过测量电压-电流波形图及放电发光图比较了他们的区别,并从放电机理角度对实验结果进行了讨论。结果发现:柱-板电极DBD中,随柱电极外径的增大,正负半周起始放电电压增大。     

不同电极结构下介质阻挡放电的特性研究

研究了平板-平板电极、多针-平板电极和筛网电极3种电极结构DBD的放电特性,通过测量电压-电流波形图及放电发光图比较了它们的区别,并从放电机理角度对实验结果作了解释。结果表明:平板-平板电极DBD表现为稳定的细丝状放电。而多针-平板电极DBD融合针尖的电晕效应,使得放电空间中呈现扩散圆锥形放电。筛网电极DBD可以实现大气压辉光放电(APGD),放电更加均匀,放电空间内看不到放电细丝的存在。     

不同电极结构气液两相介质阻挡放电特性比较

文中以水作为工作溶液,空气作为工作气体,采用电压—电流波形测量、发光图像拍摄、发射光谱分析等手段诊断了网—板电极、管—板电极和刃—板电极结构气液两相介质阻挡放电(DBD)的放电特性,研究了外加电压幅值对这3种电极结构放电产生影响,进一步计算得到了放电功率、传输电荷、分子振动温度和分子转动温度等主要放电参量,研究了他们随外加电压变化的变化规律,并结合放电理论对不同电极结构下气液两相DBD的放电机制进行分析。结果表明,相同条件下网—板电极结构气液两相DBD放电最强,放电功率与传输电荷最大,放电电流可达140 m A。电极布置差异导致电场不均匀系数的不同是放电特性出现差异的主要原因。随着电压幅值的增加,3种电极结构放电增强,放电功率和分子振动温度增加,电子密度也增加。     

中心电极半径对介质阻挡放电工作特性的影响

为分析中心电极半径对同轴圆柱结构介质阻挡放电工作特性的影响。通过实验研究了不同中心电极半径r对同轴圆柱结构DBD的放电功率P、起始放电电压Us的影响。结果表明,在相同的外加电压U下,当起始放电电压Us较小时,DBD的放电功率P较大,功率升高率较小;起始放电电压Us随中心电极半径r的增加呈现先增加而后减小的趋势。     

微腔结构介质阻挡放电的电气特性

为了研究微腔结构介质阻挡放电的电气特性及微腔表面电荷积累对电气参数的影响,使用了在介质板表面制作网格微结构电极的放电装置,在分析放电发生前电势及场强分布的基础上,建立了其放电时刻的等效电路,并借助由实验得到的Lissajous图形推导出其等效电容、放电通道传输的电荷量、气隙电压及平均放电功率的计算公式。实验及分析结果表明:随外加高频电压升高,介质板两侧电极间的等效电容Cd基本维持不变,微腔表面与接地电极间的等效电容Cq受微腔表面积累电荷的影响有3~4倍的变化;Cq和Cd的并联模型符合实际放电的特点;放电产生的等离子体向微腔表面的中心发展,微腔表面的功率密度可达0.028 W/mm2。     

利用液体阻挡介质产生空气中均匀介质阻挡放电的研究

研究了外加电压幅值对均匀介质阻挡放电(DBD)特性的影响,并结合不同外加电压幅值下的发光图像,分析了DBD放电特性的变化情况.利用测量得到的李萨育图形计算得到放电功率P和传输电荷Q,并进一步研究了外加电压幅值和电源频率对P和Q的影响.研究结果表明,采用硅油作为液体阻挡介质的锥-平板电极结构DBD能够在大气压空气中产生均匀放电,P和Q随外加电压幅值和电源频率的增加而非线性增加.     

基于SIMULINK的介质阻挡放电的仿真

为了深入地理解DBD的放电机理和优化DBD等离子体反应器的设计,在分析DBD微放电过程和等效电路的基础上,建立了基于SIMULINK的DBD动态仿真模型。为了更真实地反映DBD的放电情况,模型中采用一个电压控制电流源(CCS)来模拟DBD的微放电,同时考虑到了微放电的起止及幅值衰减的影响。用所建立的模型对空气中DBD放电进行仿真,计算得到放电电流、气隙电压和李萨育图形等放电参量。仿真结果及分析表明,放电模型可以用来对DBD进行仿真研究,所得的结果能真实地反映DBD的放电情况。     

不同电源激励下多针-平板介质阻挡放电特性比较

利用多针-平板电极在大气压空气中产生介质阻挡放电(DBD)等离子体,通过实验研究比较了μs脉冲和高频电源激励下的放电特性。测量了放电的电压电流波形图等电气特性,同时获得了放电发光图像及光谱特性等光学特性。计算得到放电功率、传输电荷、振动温度和电子密度等主要放电参量,研究了不同电压幅值下这些放电参量的变化规律,并结合放电机理对实验结果进行分析。结果表明:μs脉冲DBD比高频DBD更强烈,脉冲电压幅值的上升速率快,迅速在放电空间产生很高的过电压,加上脉冲放电过程中两次放电的相互影响,有效降低了放电空间的场强,因而脉冲DBD具有更好的放电均匀性和更高的放电效率。     

电极结构对介质阻挡放电参数的影响研究

为了优化介质阻挡放电(DBD)反应器设计,提高放电效率,提出一种针阵列芒刺状棒电极结构。利用电压-电荷Lissajous图形法,研究了光滑铜棒、螺纹铜棒和针阵列芒刺状铜棒电极等反应器电极结构对DBD放电参数的影响。实验结果表明,随着外加激励电压的升高,5种电极结构的放电功率P和平均放电电流Im及周期传输电荷量Q都随之增大。相同激励电压下,针阵列芒刺状棒电极的P、Im、Q值最大。针阵列芒刺状铜棒电极的气隙等效电容Cg随电压的升高呈震荡形式增加,而光滑电极和螺纹电极的Cg随电压的升高呈减小的趋势。研究结果表明,针阵列芒刺状铜棒电极更有利于挥发性有机物的去除,针间距越小,能量利用率越高。     

电极结构及填充介质对二氧化碳重整甲烷制合成气的影响

为了考察电极结构及填充介质对放电及二氧化碳重整效果的影响,对线管式介质阻挡放电(DBD)反应装置3种不同电极结构及下的电信号进行了测量,并分析了不同电极结构及不同形貌填充介质下的重整效果。结果表明:反应气体为CH_4和CO_2,DBD反应装置的内电极分别为光滑电极、螺纹电极、线圈电极时,反应装置放电起始电压依次减小。相同电压下,线圈电极下放电功率大于其他2个电极,CH_4和CO_2的转化率也高于其他2个电极所在的反应器,但是CO的选择性明显低于其他2个电极。在放电间隙填充介质后,介质表面形成极化电场,放电区域局部场强增大,促进CH_4和CO_2的分解,活性三氧化二铝小球对CO_2有一定的吸附性,填充三氧化二铝小球下CO_2的转化率高于玻璃珠填充;与球状填充介质相比,填充不规则块状活性三氧化二铝时,放电区域产生的局部电场放电强度增大,CH_4的转化率有明显的提升,但是与无填充相比其对CO_2转化影响很小。     

脉冲电源驱动多针—平板电极介质阻挡放电影响因素研究

笔者采用μs振荡脉冲电源驱动多针—平板电极,产生空气中介质阻挡放电(DBD),测量了不同条件下放电的电压电流波形,拍摄了放电发光图像,并进一步计算得到放电功率和传输电荷量等主要放电参量,研究了多针电极密度、外加电压幅值和气隙距离对多针—平板电极DBD放电特性和放电参量的影响,并结合放电机理对所得到的实验结果进行了分析....     

介质阻挡放电等离子体发生器的负载特性

为解决介质阻挡放电(DBD)等离子体发生器和电源的匹配问题,设计了DBD等离子体发生器,分析了它的伏安特性和放电功率,验证了临界放电频率对放电伏安特性的影响以及提高放电功率的方法。研究不同频率下功率因数和放电峰值电压的变化关系的结果表明:①高频放电易形成均匀稳定的微放电;②在发生器结构、工作气体属性及电气参数确定的前提下,发生器的最大功率因数及最佳峰值电压随放电频率的不同而发生相应变化。     

DBD中表相放电对电荷及能量传递的影响

通过两组电极结构多针—板和板—板以及微腔—薄板和薄板—薄板的对比实验,研究了小曲率半径电极在DBD中产生表相放电效应的特点,对DBD的应用和推广具有重要意义。文中首先利用U-Q Lissajous图形,分析了第一组实验中气隙电压和传输电荷的不同,计算出相同功率消耗下多针—板的传输电荷约为板—板的1.5倍,并在第二组中得到验证,即微腔沿面放电的表相效应也产生较多的传输电荷;然后利用约化场强,分析电子平均能量的变化及分子振动温度的差异,讨论尖极电晕的表相效应对电荷及能量传递的影响。研究结果表明:在不均匀电场DBD中,小曲率半径电极尖端的局部约化场强可达750 Td,但大部分气隙中约化场强远低于板—板结构;受此影响,尖端电极附近的电子平均能量约为13 eV,更易在空气中发生有效碰撞电离并产生大量电荷;但此时对应分子振动温度较低,其放电过程中产生的激发态粒子少于板—板结构。     

介质阻挡放电电气参数与反应器参数的测量

介质阻挡放电(DBD)是产生大气压低温等离子体的主要途径之一,准确地测量其电气参数与反应器参数对优化DBD等离子体反应器设计和提高放电效率具有重要意义。通过所建立的实验装置测量了DBD的电压-电流波形图、放电发光图像及电压-电荷Lissajous图形,利用所得到的测量结果进一步计算得到DBD的介质电容、气隙电容、起始放电电压和放电功率等电气参数和反应器参数,并将这些值与根据反应器结构计算得到的值进行比较。结果表明,测量结果得到的DBD电气参数和反应器参数与反应器结构计算得到的值是基本一致的。     

双水电极介质阻挡放电的均匀性

为了解介质阻挡放电(DBD)的微放电电流脉冲的形成原理及微放电电流脉冲的特点与介质阻挡放电的均匀程度之间的关系,建立了一个双水电极DBD系统等效电路的仿真模型,模型电源采用直流调功(PAM)控制。仿真和放电实验研究结果表明:该DBD系统逐步提高逆变电路的直流输入电压时,电源的输出电压逐渐增大,但其基波频率基本不变;放电的正、负半周内,微放电电流脉冲的幅值逐渐增大,脉冲的数量逐渐增多,相邻的脉冲之间的间距逐渐减小,微放电的持续时间逐渐增加,斑图的数量也逐渐增加,放电的均匀性也逐渐增加。     

基于Lissajous图形的同轴结构电极介质阻挡放电特性研究

介质阻挡放电(DBD)能在大气压空气环境下形成稳定的放电,工业应用比较广泛。同轴结构电极的放电过程比较复杂,因此需要通过研究其放电过程中的各个参数来表征其放电特性,从而得到其放电机理。通过实验研究和结果分析,从电荷量的传输、放电功率以及气隙电压变化等几个方面分析了同轴结构电极的介质阻挡放电的放电特性,得到在大气压敞开环境下,同轴结构电极的介质阻挡放电的放电功率和放电电荷均有所不同,放电功率从数瓦到十几瓦,介质电容为数百皮法和气隙电容为数十皮法,均随电压的增大而增大;在放电过程中,管-管结构电极的介质电容和气隙电容的值均大于线-管结构。     

同轴结构电极的介质阻挡放电研究

对管-管和线-管结构电极施加不同电压,测试其在不同电压下的放电电流及Lissajous图形,从传输电荷量、电流电压波形以及气隙电压变化等方面分析同轴结构电极的介质阻挡放电的放电机理。结果表明:在大气压敞开环境下,介质阻挡放电的管-管结构电极的气隙电压恒定,且远低于峰值电压,在放电过程中传输的电荷较多;而介质阻挡电晕放电的线-管结构电极的气隙电压变化较大,但与峰值电压相差不大,在放电过程中传输的电荷较少。