圆管型介质阻挡放电臭氧产生过程中的传热数值模拟

在介质阻挡放电臭氧产生过程中,电能大部分以热能的形式散发,且气体温度是决定臭氧产率和浓度的重要参数之一。受到研究手段和检测仪器精度的限制,关于能量转化和热量传递机理的实验研究难以开展。为此,首次采用数值模拟方法对介质阻挡放电臭氧放电室进行传热分析,并实验验证了该方法的可行性。模拟结果表明:气体温度从高压电极到玻璃介质逐渐降低,气体平均温度在短时间内快速上升后逐渐降低,而且冷却水进口温度、冷却水流量和冷却水通道宽度均对气体温度影响显著。研究结果能为气体温度的控制以及臭氧发生器的设计提供科学依据。     

沿面/体介质阻挡放电装置的放电及臭氧生成特性

相对于体介质阻挡放电(VDBD),沿面介质阻挡放电(SDBD)等离子体可以更高效地生成反应活性物质,在气体处理方面显示了较高的效率。但沿面放电仅沿介质表面发展,限制了放电等离子体装置处理气体的能力。文中设计了一种新型的沿面/体复合DBD装置,通过在垂直于沿面放电高压电极的上部增加体放电电极,用于扩展等离子体的空间分布并提高活性物质的产量,研究了电极构型、放电气隙、放电电压及气体体积流量等对装置的放电特性及臭氧生成的影响。在空气间隙为4.5mm,外加电压幅值为16kV时,SDBD放电功率为11.2W,VDBD放电功率为4.6 W,复合装置的放电功率为19.7 W;分别测量复合装置中的沿面放电和体放电功率发现,复合装置的沿面放电功较单一沿面放电装置的放电功率提高了1.1倍,而复合装置的体放电功率较单一体放电功率提高了1.9倍。臭氧测试结果表明,复合装置生成的臭氧质量浓度可达3.0 mg/L,分别是SDBD和VDBD的3.8倍和5.0倍。     

无声放电和表面放电诱导臭氧合成

无声放电已广泛应用于臭氧合成，但这种放电空间利用率低、能耗大、生产成本高，为了解决上述问题，介绍采用螺线管电极和金属网电极设计的新型无声－表面混合放电的臭氧发生器，研究了臭氧发生器电极的优化及实用性，发现在输出较高浓度的臭氧时，其单位能量产出率达２９５ｇ／ｋＷｈ（１６目金属网电极，纯氧）?     

空气源高频圆管型DBD臭氧产生的实验研究

电源频率和放电管长度是介质阻挡放电(DBD)臭氧产生的两个重要影响因素,在前期的研究基础上,采用合适的放电管长度和电源频率进行实验研究。实验研究了干空气源放电管长度、放电电压和气体流量对臭氧产生的影响,并进行了系统优化。研究结果表明:放电管长度由500 mm变为200 mm,在几乎不降低臭氧浓度下放电平均功率约降低了60%;臭氧浓度随放电电压和气体流量的增大先增大后降低;当流量为200 L/h、放电电压为2 698 V时,臭氧浓度与臭氧产率同时达到相对较高值,此时,臭氧浓度为5.3 g/m3时,臭氧产率为43.62 g/kWh。     

混合放电臭氧发生器的电场和电子能量分布

混合放电是一种非常有前途的臭氧发生形式,为了揭示混合放电臭氧高效发生机理,采用有限元方法数值求解了静电场的Poisson方程,并结合Bolsig+编码求解了电子Boltzmann方程,从而对混合放电高效臭氧发生器进行了电场和电子能量分析。研究结果表明:在无网孔和远离网孔的区域,电场分布比较均匀,而在有网孔存在的区域附近,电场强度表现出剧烈的波动现象;IESDO类型、CESDO类型和CISDO类型这3种类型混合放电臭氧发生器在内放电空间的平均折合电场强度分别为420.5 Td、409.1 Td和731.6 Td,平均电子能量分别为9.946 e V、9.778 e V和15.74 e V;在外放电空间的平均折合电场强度分别为391.3 Td、213.5 Td和184.1 Td,平均电子能量分别为9.497 e V、6.457 e V、5.799 e V;对IESDO类型混合放电臭氧发生器内外放电空间分别进行单独模拟时的电场强度基本与整体模拟一致。由于外放电空间在臭氧产生过程中取决定性作用,因此从电子能量分布角度分析,3种类型混合放电臭氧发生器的优劣排序为IESDO类型CESDO类型CISDO类型,与实验结果相符合。另外,性能最好的IESDO类型混合放电臭氧发生器的放电间隙中电场强度并没有因为电极数目的增多而产生叠加现象。     

放电等离子体臭氧发生技术研究现状与进展

介绍了国内外放电等离子体臭氧发生技术的研究进展,主要包括原料气体、电极形式、介电体材料、放电形式和电源的研究。指出了在主要原料气体中添加经济实惠、无毒无害、少量甚至微量气体的研究是臭氧产生原料气体的研究方向,同时,低能耗、高浓度、大产量的臭氧发生技术是臭氧发生器的发展趋势。     

介质阻挡型臭氧发生器电极负载特性的分析

为解决介质阻挡型臭氧发生器电极和电源的匹配问题 ,用电极的等效电路分析了负载特性 ,同时将整个电路等效为RLC二阶电路进行分析 ,指出一定几何形状、间隙宽度和气体压力下 ,提高放电所诱发的功率有 3种方法 :运行频率高、介质薄而介电常数大、外界电压峰值高 ;与电极负载配套的电源要求减小脉冲放电电流的冲击     

填充床介质阻挡放电臭氧发生器的实验研究

在介质阻挡放电间隙填充介质颗粒,即填充床介质阻挡放电形式可以提升臭氧生成浓度和能量效率。因而设计了一种外玻璃管式填充床介质阻挡放电臭氧发生器,填充颗粒为玻璃微珠和金属微粉混合物。实验研究了填充床和空床放电的电学特性,以及产生臭氧浓度和能效与放电功率间的关系,并分析了介质损耗、冷却水温度、能流密度等因素的影响。实验结果表明:填充床在低能流密度下相比空床放电生成臭氧质量浓度低约40%,而在高能流密度下质量浓度提升约30%,能效曲线先上升后下降,2 mm间隙填充的最大臭氧质量浓度达到60 g/m3;低温冷却水有利于臭氧生成,5℃冷却水的效果比20℃质量浓度提升约17%;添加金属微粉有利于增强放电、提升臭氧质量浓度和能效,提升幅度约25%。     

高压电极构型对DBD装置放电特性及臭氧生成的影响

大气压介质阻挡放电(DBD)等离子体被广泛研究用于生物灭菌、材料表面改性、污染物净化处理等,而DBD装置的电极结构影响等离子体生成特性及其应用效果。为此,研究了不同高压电极构型(阵列针电极、网电极、平板电极)对DBD装置的放电特性、臭氧生成特性的影响。结果表明:网孔尺寸影响网电极的电流脉冲幅值、丝状电流脉冲数目和放电功率,网孔尺寸为0.2 mm×0.2 mm的网电极放电时的丝状电流脉冲数目大、电流脉冲幅值高,而网孔尺寸为0.5 mm×0.5 mm的网电极放电时的放电功率大;平板电极放电时的电流脉冲幅值高于网电极(网孔尺寸为0.5 mm×0.5 mm)和阵列针电极放电时的电流脉冲幅值,而平板电极的放电功率与网电极的放电功率相差不大,但远大于阵列针电极的放电功率;不同网孔尺寸的网电极放电时,在相同电压下,网孔尺寸为0.5 mm×0.5 mm的网电极放电时生成的臭氧质量浓度最高,且其生成的臭氧质量浓度和生成臭氧的能量效率均高于平板电极和阵列针电极。     

基于辉光弧光放电测试条件下GDT与MOV的性能配合研究

针对多电极气体放电管(GDT)与金属氧化物(MOV)匹配使用的问题,根据多级GDT及MOV的工作原理,在辉光、弧光放电测试条件下不同参数MOV并联在不同级数GDT后各参数的变化情况,得出两者配合后的GDT在辉光、弧光放电阶段其主要特性参数辉光电压、弧光电压和辉光弧光转换时间较纯GDT测试条件下呈现不同变化规律。对多电极气GDT的辉光、弧光放电特性进行汤森理论模型等效,研究MOV并联在多电极GDT不同位置时的各项性能参数变化并验证了多电极GDT等效模型的正确性;同时试验得出,当MOV并联在多电极GDT的冲击时的阴极端电极上时,气体放电管的辉光、弧光转换时间显著缩短,有效减小动作时延。基于实验结果和理论分析,提出采用多电极气体放电管并联MOV设计开关型电涌保护器的方法,在实际应用中具有一定的参考价值。     

混合放电臭氧发生的反应动力学模拟

为揭示混合放电臭氧高效发生机理,从反应动力学出发,采用CHEMKIN中Plasma PSR模块对混合放电臭氧发生的反应动力学进行了模拟,并作了敏感性分析和ROP分析,模拟结果与实验结果较相符。模拟结果表明气体压力、气体进口温度、气源流量的减小都有利于臭氧浓度的提高;比能的适当增加有利于臭氧的产生,过大则不利于臭氧合成。由反应路径图得到对臭氧合成的重要组分有O、O(1D)、O_2(b~1∑),并从微观动力学角度进一步验证和说明比能不能过大,因为臭氧前驱物氧原子的最主要途径E+O_2=O+O+E随着比能和温度的增加,其对臭氧合成的影响下降。另外O(1D)、O_2(b~1∑)以及过多的O的存在不利于臭氧的产生。     

平板型DBD臭氧发生多参数影响研究

DBD放电特性主要由其放电参数评定,因此研究DBD臭氧发生器的放电参数对臭氧合成实际应用具有重要意义。文中主要研究峰值电压、放电频率和气体流量的变化对平板型DBD臭氧发生器放电特性及臭氧合成特性影响。并利用Q-V Lissajous图来计算臭氧发生器等效电容、放电间隙的折合场强、放电功率等放电参数,进而得出臭氧体积分数与产率的变化关系。实验结果表明:峰值电压从5 kV增大到9 kV,放电频率从5.5 kHz上升到8 kHz时,放电功率呈线性增大,放电间隙的折合场强和介质层等效电容逐渐增加,放电间隙等效电容逐渐减小,等效总电容、放电最小电压和击穿电压基本不变;臭氧体积分数随峰值电压增大先增大后减小,随放电频率的增大缓慢上升,而臭氧产率则均减小。气体流量从0.5 L/min变化到4.5 L/min时,放电参数基本不变,臭氧产率则随之增大。放电频率一定,峰值电压较高时,气体流量适当增加能促进臭氧的生成。     

气体放电对金属平板强化传热作用的研究

文中对比研究了电晕、介质阻挡以及辉光放电对空气-金属之间对流传热系数的影响作用。通过对加热器功率以及铜板电极温度测量，计算获得在自然对流以及电极间发生放电两种情况下对流传热系数。在气体放电强化传热的作用下对流传热系数获得数倍的增加。在直流电晕放电实验中，当均匀的直流辉光放电产生时，空气-金属之间传热速率获得最大幅度的提高。采用介质阻挡放电在提高空气-金属之间传热速率的同时，放电间隙击穿电压发生显著提高，也使放电在实际应用中更易于控制。     

双极性脉冲臭氧发生的实验研究

为了更有效地产生臭氧,采用双极性脉冲电源为臭氧发生器供电,并与传统的交流电源做比较,实验所用气源为干燥空气,臭氧发生器放电管采用工业上常用的搪瓷圆柱形放电管,分别对放电参数、臭氧体积分数和能效、红外光谱以及产物中二氧化氮体积分数这些方面做出比较分析。实验结果表明,两种电源下的放电功率随着电压的增大近似线性增长,交流电源的增长速度更快;采用双极性脉冲电源时,介质电容和最小放电电压更小;在同样的能量密度下,采用双极性脉冲电源得到的臭氧体积分数和能量效率均明显高于交流电源;红外光谱分析显示两种电源下得到的尾气成分一致,均检测不到NO;在得到同样的臭氧浓度时,采用双极性脉冲电源产生的二氧化氮量更低。该研究可以为臭氧发生系统的电源选择和优化提供参考。     

介质阻挡放电合成臭氧影响因素的研究

通过试验研究对比,分析了常温常压下空气介质阻挡放电的发生过程.通过观察测试介质材料厚度、温度、放电时间及电源电压等因素对放电特性及氧气浓度的影响,进而对其理论原因进行初步探讨,得出单位时间臭氧产量在相同条件下随气体流量的增加、介质层厚度的减小而增加,而对气体间隙宽度、电源电压和频率的变化存在最佳值.并提出了提高合成臭氧浓度的有效方法.     

电涌保护器前端电流保护器件的选用

正闪电放电、电气系统的开关操作和静电放电均会引起电气线路、信号线路的瞬态电涌。尽管电涌电压仅在百分之一的范围内瞬时发生,但是其产生的能量对于低压电源线路、设备,以及低压电子电路而言却有着致命的伤害。因此,为了防止瞬态电涌电压损坏电气系统,电源线路必须按照GB50057―2010《建筑物防雷设计规范》或其他相关规范规定安装电涌保护器(SPD)。SPD一般由放电间隙、气体放电管、压敏电     

沿面介质阻挡放电的低压电极配置方法

沿面介质阻挡放电等离子体在臭氧生成、化工合成、流动控制等领域有着广泛的应用前景,而电极的配置对沿面放电应用效果有着重要影响。为此在石英玻璃筒上制作沿面放电等离子体发生系统,考察不同低压电极配置方法对放电特性和臭氧生成的影响,以获得沿面放电等离子体低压电极结构配置方法。研究结果表明带式电极的放电特性与臭氧生成量好于传统的面式电极,带式电极结构中,同位电极结构与异位电极结构相比,异位电极结构下的放电功率大于同位电极,其中在异位电极结构中,在电极间距为6 mm、放电电压为20 k V、气体体积流量为1 m3/h条件下,放电功率为6.5 W,臭氧生成量为34.2μg/L,高于传统的面式电极结构下的臭氧生成量50%以上,且石英玻璃筒外低压电极侧同样存在等离子体反应,产生的活性物质的量约占管内生成量的26%。     

结构及供电电源对沿面介质阻挡放电装置放电特性及臭氧生成的影响

沿面介质阻挡放电(SDBD)等离子体能够高效生成反应活性物质,在生物医学、环保等应用领域得到广泛研究。SDBD装置的结构和供电电源参数是影响其放电特性及反应活性物质生成的主要因素,为此,以具有螺环线形高压电极的管状沿面放电装置为对象,研究了装置结构及供电电源对其放电特性及臭氧生成的影响。结果表明:在相同的供电电压下,螺环线形高压电极的螺距、介质厚度影响电极间的电场强度和分布、放电功率和臭氧生成量,但螺环线形高压电极的线径对放电功率和臭氧生成量几乎没有影响;螺环线形高压电极的螺距存在一个优化值,在螺距低于25mm时,放电功率和臭氧产生量随着螺距的增加而增加,当螺距大于25mm时,放电功率和臭氧产生量基本不再变化;当绝缘介质管厚度由3mm减小到1.6mm时,放电功率提高约2倍,臭氧产生量提高约3倍。同采用50Hz交流电源供电相比,SDBD装置采用9.6k Hz高频电源供电时,在较低的电压下即可获得较大的放电功率及臭氧产量,且臭氧生成的能量效率提高约25%。     

臭氧发生器运行参数的正交试验研究

用正交试验确定臭氧发生器气源的流量、温度和电源的电压、频率等最佳使用参数的结果表明 :气源流量 4 0 0L/h、气体温度 - 5℃、电源电压 11k V及频率 10 k Hz时单根电极放电试验可获得质量浓度为 2 4 .5 g/m3的臭氧时 ,生产速率 8.5 g/h,能量效率 10 8.7g/k Wh     

空气间隙固定和连续变化时的空气静电放电事件研究

为得到2种状态下空气静电放电（ESD）辐射电磁场与放电间隙间距、放电电压和电极接近速度之间的关系,在-30～30kV的宽电压范围和多种温湿度条件下,通过实验测量记录了两种状态的空气ESD事件;给出了空气ESD事件的解释;提出了空气ESD存在“增长间隙区”、“跌落间隙区”、“平坦间隙区”和“零放电间隙区”4个放电间隙区。...