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。     

介质阻挡放电中反向放电的实验研究

利用介质阻挡放电(DBD)实验装置和测量系统研究了不同的介质板厚度、驱动电压幅值以及气体间隙距离的DBD特性,并运用气体放电理论对试验结果进行了分析。结果表明,随着介质板厚度、气体间隙距离的减小以及驱动电压幅值的增加,DBD放电电流脉冲增多,由于壁电荷的作用,发生放电所需的电压减小;当壁电荷电场足够大时,将在驱动电压下降沿发生反向放电。     

大气压短间隙Ar介质阻挡辉光放电的模拟分析

为了分析短间隙Ar介质阻挡放电(DBD)大气压辉光放电(APGD)的放电机理,建立了一维自洽流体模型,采用有限元法进行计算。得到了气体间隙压降、放电电流密度以及介质表面电荷的演化波形,及放电电流密度峰值时粒子和电场的分布。结果表明,该APGD为容性放电,每半个周期内发生一次击穿放电;表面电荷有着抑制当前放电,降低下一次放电起始电压的作用;依据场强与粒子分布可将放电空间分为阴极位降区、负辉区、正柱区及阳极辉光区,说明该放电为典型的辉光放电。在此基础上分析了材料介电常数ε对放电的影响,表明随着ε的增大,放电电流与表面电荷的幅值也相应增大,击穿时间略有提前。     

壁电荷对介质阻挡放电特性的影响

为了研究壁电荷对介质阻挡放电特性的影响,实验测量了不同驱动电压幅值、气体间隙距离和介质板厚度下的介质阻挡放电的电压-电流特性,并运用气体放电理论和简化的理论模型对实验结果和介质阻挡放电的发展过程进行了分析。结果表明,由于壁电荷的作用使得DBD放电发生的时刻在驱动电压正负半周期不对称,相邻两次放电间隔长短交替;随着驱动电压幅值的增加,介质板厚度或气体间隙距离的减小,DBD微放电增多,传输电荷量增多,介质表面累积电荷量增多,壁电荷对介质阻挡放电的影响增大;当壁电荷足够多时,甚至会出现反向放电。     

双极性高压脉冲介质阻挡放电降解甲醛及臭氧生成质量浓度控制

为进一步提高介质阻挡放电(DBD)降解甲醛的效率,并控制副产物的生成量,采用正负双极性高压脉冲电源对同轴式介质阻挡反应器供电,系统地研究了脉冲电压、脉冲重复频率、放电间隙、气体体积流量及甲醛初始质量浓度等影响因素对甲醛降解率及臭氧生成质量浓度的影响。实验结果表明:升高脉冲电压有利于甲醛的降解,当脉冲电压达到19 k V时,脉冲电压继续升高对甲醛降解率的影响不大,而臭氧生成质量浓度随着脉冲电压的增加而不断增大;放电间隙对甲醛降解率有很大的影响,随着放电间隙的减小,甲醛降解率增大,但放电间隙过小时,臭氧生成质量浓度较大;随着气体体积流量的增大,甲醛降解率降低;随着脉冲重复频率的增大,甲醛降解率增大,当脉冲重复频率达到60 Hz时,继续增加脉冲重复频率,甲醛降解率增大不明显;在一定实验条件下,甲醛初始质量浓度越大,甲醛降解率降低,而甲醛去除质量浓度增大并趋近于反应器的最大处理量。     

螺旋针-环结构等离子体射流放电过程分析

为降低气体的击穿和维持电压,设计一种螺旋针-环电极结构的等离子体射流装置,研究不同电压下的放电电压、电流波形。研究表明,氦气等离子体射流放电可以分为电晕放电、介质阻挡放电和射流放电三个阶段,并且可以通过放电电压、电流波形的特征进行区分。分析可知,射流管管径较大时,采用螺旋针状内电极结构可以减小电极间的平均气体间隙距离,从而降低气体的击穿和维持电压,使放电更加容易进行;电压反向过程中残留电荷使得合成电场得到加强,气体将"提前"发生放电;由于电极结构的不对称,气体在正半周期更容易发生放电,放电产生的电流脉冲数目更多,电流值更大;随着外加电压增大至14k V,放电最终过渡到丝状放电状态。     

纳秒和微秒脉冲激励表面介质阻挡放电特性对比

表面介质阻挡放电(DBD)在气体流动控制方面有着巨大的应用前景。利用自制的纳秒和微秒脉冲电源进行表面DBD实验,比较了电压幅值、介质厚度、电极水平间距等对两种激励下表面DBD电特性的影响并进行了分析。实验中两种电源激励的表面介质阻挡放电能量均在mJ量级,上升沿瞬时最大功率达到几十kW。实验结果表明:在脉冲上升沿有多次放电,微秒脉冲上升沿放电次数比纳秒脉冲多;随着电压幅值上升,放电次数减少;介质越薄,放电越激烈,能量越大;电极水平间距对表面DBD放电有影响,间距0 mm时能量消耗最大;施加脉冲电压频率越大,放电等离子体的亮度越大;微秒脉冲放电的等离子体区域要大于纳秒脉冲放电。     

雷电冲击下SF_6气体放电击穿电压分散性的实验研究

一般应用升降法进行冲击下SF_6气体放电击穿特性实验时,要求击穿电压的分散性小于3%,以保证测得数据的可靠性。但是在实验过程中发现,SF_6气体相对于其他气体而言,击穿电压的分散性普遍偏大,一些情况下甚至超过了5%,而国内外针对SF_6气体放电击穿电压的分散性仍缺乏系统的研究。为此,在正、负标准雷电冲击(LI)作用下,实验研究了SF_6气体放电击穿电压的分散性随电极尺寸、气压和间隙距离的变化规律。结果表明:当间隙距离d=33 mm,电极曲率半径r=40、15、8 mm时击穿电压的分散性随气压增长而均呈现减小趋势;正LI下击穿电压的分散性随电场不均匀系数的增大而呈现先下降后上升的"U"曲线趋势,负LI下击穿电压的分散性随电场不均匀系数的增大而呈现先上升后下降的倒"U"曲线趋势;当电极曲率半径r=8 mm,间隙距离d=7、15、33 mm时击穿电压的分散性随着气压的增长而均呈现下降趋势。由此可得结论:正、负LI下SF_6气体放电击穿电压的分散性随着间隙距离的增加而均呈现线性增大的趋势。     

介质阻挡放电系统中谐振问题的研究

为了解决介质阻挡放电 (DBD)反应器放电性能随激励频率提高反而下降的问题 ,采用电荷电压测量等方法对DBD系统主要放电参量的变化规律进行了实验研究。结果表明 :由激励变压器漏感与电介质层等效电容引起的系统谐振是造成这一问题的主要原因。DBD系统谐振不但能引起放电间隙等效电压、电介质层等效电压、放电间隙等效电阻等放电参量的异常变化 ,降低DBD反应器放电性能 ,而且会对激励变压器与DBD反应器中电介质层的绝缘产生危害 ,影响DBD系统工作稳定性。减小激励电源漏感与合理分布DBD电介质层等效电容是解决DBD谐振问题的有效措施。     

填充石英球对DBD等离子体转化NO的影响

放电等离子体辅助选择催化还原两段法脱除NOx是一项很有前景的氮氧化物治理技术.介质阻挡放电(DBD)是一种常见的等离子体产生方法,在DBD等离子体反应器中填入电介质小球可进一步增强放电.本文考察了有无石英填充球的DBD等离子体反应器对NO的转化和能量利用效率的影响,借助ANSOFT软件对DBD等离子体反应器内的电场进行了仿真分析.实验结果表明,在较低的放电电压下,填充石英球的DBD等离子体反应器虽然能耗略有提高,但在NO的转化和能量利用效率上都优于无填充情况,其原因归结为,填充石英球有利于反应器在更低电压下实现局部放电,同时促进反应器内的电场和气流在空间更均匀地分布,增加了反应气流与放电等离子体的接触机会.     

气体火花间隙开关的自击穿性能研究

为了解气体火花间隙开关的自击穿性能,文中从自击穿实验角度着手,对电场不均匀度进行了仿真计算,测量了两电极气体火花间隙开关不同间隙距离下的自击穿电压,通过计算相对极差和变异系数来分析自击穿电压的稳定性并进行韦布尔检验。实验结果表明,自击穿电压随间隙距离的增大而增大并近似线性关系;间隙距离是影响自击穿电压稳定性的重要因素,自击穿电压的稳定性随间隙距离的增大而增大。从自击穿稳定性角度来看,可以适当增大气体火花间隙开关的电极之间间隙距离来增强自击穿电压稳定性。     

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。     

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。     

测量电容对DBD反应器放电参数的影响

为了深入探究测量电容对介质阻挡放电(dielectric barrier discharge, DBD)反应器放电的影响,利用自行设计的内外双水冷式DBD反应器串联不同的测量电容进行试验研究。设计搭建了DBD反应器放电试验系统,并结合Lissajous图形与蒙特卡罗方法分析了不同测量电容的电容值对DBD反应器放电参数的影响。研究结果表明:在相同的外加电压下,减小测量电容值会增加DBD反应器的介质等效电容和减小气隙等效电容;DBD反应器功率、单周期传输电荷、维持电压、气隙有效电场强度和气隙折合电场强度均随着测量电容值的减小而增大。不同的测量电容值会对DBD反应器的放电参数产生影响,匹配测量电容值对DBD放电参数的准确测量有重要的指导意义。     

介质阻挡放电影响因素分析

对影响介质阻挡放电的因素加以研究,可以在实际应用中优化反应器设计,提高放电效率。通过在实验室建立的放电装置研究了外加电压幅值、气体间隙距离及作为阻挡层的介质材料性质对介质阻挡放电的影响。对试验结果的分析,为获得较大功率的介质阻挡放电提供了实验基础。     

常压介质阻挡放电平均放电电流的实验研究

为了优化介质阻挡放电(DBD)发生器设计,提高放电效率,实验研究了介质阻挡放电装置的平均放电电流特性,包括用Q-U李萨如图形测量法研究了激励电源特性和发生器结构参数对平均放电电流的影响。实验结果表明:采用高频电源、薄介质和小放电间隙可得到均匀放电;在DBD发生器结构和工作气体属性固定的情况下,提高激励电压幅值和激励频率可增大平均放电电流、提高放电强度;采用薄介质和减小放电气隙宽度都可提高放电强度,得到较大的平均放电电流。因此可以通过改变激励电源参数和放电装置结构有效地调节放电电流。     

三相介质阻挡放电产生过氧化氢的条件优化

过氧化氢、臭氧和羟基自由基等是介质阻挡放电过程中产生的主要活性粒子,其中过氧化氢对水中污染物质的去除起重要作用。为考察多高压电极介质阻挡放电反应器对放电过程中过氧化氢浓度的影响,采用线筒式三相介质阻挡放电反应器,用正交实验研究了高压电极材料、数目以及高低压电极间距的改变对过氧化氢浓度的影响。结果表明:影响过氧化氢浓度的因素显著性顺序为电极种类、高低压电极间距、电极数目;当3根直径为3mm的不锈钢丝作高压电极且高低压电极间距为13 mm时,系统产生的过氧化氢浓度最高;在最佳的系统条件下,提高空气流量、峰值电压和放电频率,降低电导率都有利于过氧化氢的生成。系统产生的最高过氧化氢浓度为64.2μmol/L。     

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。     

激励器参数对纳秒脉冲表面滑闪放电特性影响

利用三电极激励器结构,通过纳秒脉冲叠加负直流激励方式产生表面滑闪放电。研究电极间距、阻挡介质材料及其厚度对纳秒脉冲表面滑闪放电电气及光学特性的影响,并分析基于三电极激励结构的表面介质阻挡放电模式转换规律。实验结果表明,不同电极间距下纳秒脉冲表面滑闪放电电压激发差值不同,随着电极间距增大,电压激发差值逐渐增大,而介质表面平均电场强度先增大后减小,电极间距为25mm时为最优值,能在较低的电压激发差值条件下产生较高能量。此外,表面滑闪放电在不同电极间距条件下均存在3种放电模式,随着激励器电压差值的增大,放电模式由典型表面介质阻挡放电逐渐转变为表面滑闪放电,并最终转变为火花放电。介电常数较低的阻挡介质材料沉积能量较多,而介质厚度对表面滑闪放电电压激发差值影响较小,但激励器厚度较小时消耗的功率相对较大,能量利用率较低,不利于获得大面积等离子体。     

多针-平板电极介质阻挡放电的特性及影响因素研究

通过电压-电流波形图和电压-电荷李萨育图形的测量，研究了空气中多针-平板电极介质阻挡放电特性，比较了这种放电和平板-平板电极介质阻挡放电的区别。通过实验研究了放电间隙距离、多针电极针的密度、阻挡介质材料性质对多针-平板电极介质阻挡放电放电功率的影响。实验结果表明，在相同的条件下，与平板-平板电极介质阻挡放电相比，多针-平板电极介质阻挡放电消耗较大的放电功率；放电空间消耗的功率随外加电压和介电常数的增加而增加，随气隙距离的增加而减小。