陡前沿方波对金黄色葡萄球菌的杀灭效果

为研究方波脉冲前沿陡度对高压脉冲电场技术(PEF)杀菌效果的影响,通过实验研究了前沿陡化的方波脉冲对金黄色葡萄球菌的杀灭效果。考察并比较了在不同电场强度、等效处理时间、电导率条件下,陡前沿方波和普通方波的杀菌效果。结果表明,脉冲电场的杀菌效果随着电场强度、溶液电导率、等效处理时间的增大而增强,且方波脉冲的上升时间对金葡菌的杀灭效果具有显著影响。上升时间为200 ns的脉冲电场处理后的细菌残存率比上升时间为2μs的脉冲电场的残存率大,且前者的温升比后者小。当杀菌效果相同时,陡前沿方波脉冲所需的等效处理时间比普通方波脉冲更短。此外,陡前沿方波脉冲杀菌效果的提升并非通过改变细胞形貌结构来实现,而是直接作用于细胞内部。     

PEF中脉冲上升沿对金黄色葡萄球菌杀菌的影响

方波脉冲因能量集中、能量利用率高、杀菌效果好而被认为是PEF技术的最优选择。但关于其上升时间对杀菌效果影响的研究和报道都比较少。为此,研究了在脉冲电场(PEF)技术中,高压方波脉冲的上升前沿对金黄色葡萄球菌杀菌效果的影响。通过实验分别比较了在上升时间为2μs和200ns的高压方波脉冲作用下,3种不同电导率(1.5、2.0、2.5mS/cm)的苹果汁在有效处理时间75μs、电场强度分别为25、30、35kV/cm下对金葡菌的杀灭效果。实验结果表明:在处理时间和脉冲电场强度等其它因素都相同的条件下,陡前沿的方波脉冲电场比上升时间长的方波脉冲电场对金葡菌的杀灭效果更好,平均能提高0.5个对数;处理后的温升也要低1～6°C。     

不同电极结构处理腔下的脉冲电场灭菌对比

对同轴电极处理腔和细管组-板电极处理腔内的牛初乳进行了动态脉冲电场灭菌(PEF)处理,研究了稍不均匀电场与极不均匀电场下的灭菌效果。分别比较了两种电极结构下试品流速相同和高于临界场强区域内脉冲个数相同时的灭菌率。试验结果表明:在脉冲个数相同情况下,细管组-板电极结构处理腔灭菌效果始终好于同轴电极处理腔。     

脉冲电场中西瓜汁杀菌钝酶效果分析

利用脉冲高压电源对反应器中的西瓜汁施加脉冲电场处理 ,测定了电场强度为 2 0、30、4 0 k V/cm和不同处理时间情况下西瓜汁的细菌含量和酶的活性 ,试验发现 ,脉冲电压对于西瓜汁的杀菌效果比较明显 ,试验 30 s后平均细菌数下降到 2 .5 %～ 10 % ;同时 ,脉冲电场对酶的活性有一定影响 ,但是不确定效果是正面或者负面     

高压脉冲电场冲击波法的液体杀菌实验研究

为研究高压脉冲电场冲击波对液体食品杀菌以实现不破坏食品的营养结构与原有风味的食品杀菌保鲜技术,阐述了在常温条件下产生高压脉冲电场冲击波的方法及其杀菌机理,介绍了以黄酒为试验原料的杀菌实验结果以及脉冲电压幅值、电容容量和放电次数对杀菌效率的影响规律。结果表明,该法在常温条件下注入能量>12 J/mL时,能使菌落总数降低2个数量级,可杀死黄酒中>97%的细菌,而对山渣汁营养成分(维生素和氨基酸等)几乎无破坏作用。     

基于氢闸流管的高压脉冲电源

针对高压脉冲电场杀菌技术对于系统核心部分高压脉冲电源的要求,设计一种输出脉冲电压峰值可达5～30 kV(100 V步进可调),输出脉冲频率为200~1 000 Hz可调,脉冲宽度为0.2~2μs可调,脉冲前沿<100 ns的高压脉冲电源。该系统利用单片机进行自动控制,通过可调直流高压电源和储能元件作为能源系统,利用氢闸流管作为主放电开关,控制脉冲峰值和频率,最后通过脉冲变压器升压在杀菌腔体的极板上得到所需的脉冲电场。     

高压脉冲电场对小球藻破碎效果的影响

含油微藻的破碎是微藻制油过程中的重要环节。为此,利用清华大学自主研制的高压脉冲电源(THU-PEF4)系统,针对小球藻的光合活性和叶绿素质量浓度这2个生物量,重点考察了高压脉冲电场强度、脉冲宽度、脉冲重复频率、电场极性及样品电导率对小球藻处理效果的影响,在此基础上结合双荧光染色法和流式细胞仪研究了高压脉冲电场(PEF)对微藻细胞的穿孔破碎效果。研究发现高压脉冲电场强度和脉冲注入能量密度是影响高压脉冲电场处理效果的关键因素,而脉冲宽度、脉冲重复频率、电场极性对小球藻的处理效果影响不大。当电场强度从2.5 MV/m增加到5.0 MV/m时,20 m S/m电导率下的小球藻细胞破碎率从17.21%增加至83.29%;当脉冲注入能量密度从8.9 k J/L增加到149.52 k J/L时,4.5 MV/m电场强度作用下的小球藻细胞破碎率从9.78%提高到81.78%。     

间歇式HPEF的高压脉冲电源及其杀菌实验

高压脉冲电场非热处理应用到食品杀菌可代替传统的热处理方法灭活液体中的病菌,高强度电脉冲能迅速杀死细胞但并不破坏食品的自然风味如色泽和营养,为此研制了高功率脉冲电源,其输出最高电压15 kV,最大电流40 A。在详细介绍了高功率电力电子器件IGBT使用过程中的过流和过压保护等问题和在输出端串联无感小电阻来修正波形实现了输出波形更陡峭的良好效果后,进行了两种相对难杀的典型微生物(枯草芽孢杆菌和黑曲霉菌)在间歇式处理室中的杀菌实验。结果表明,脉冲电场强度为13 kV/cm、脉冲宽度为15μs时,连续作用200个脉冲后,黑曲霉菌灭菌率能达99.64%,1000个脉冲后,所有的黑曲霉菌都被杀死;枯草芽孢杆菌相对难灭,在13kV/cm、15μs作用下灭菌率仅达87.08%;应在提高电场强度的同时避免放电,这对下一步的连续式杀菌实验有技术指导作用。     

介质阻挡放电用于细菌灭活的机理研究

为研究低温等离子体灭菌的机理,利用介质阻挡放电(DBD)低温等离子体来进行了细菌灭活实验。试验选取了两种典型细菌:革兰氏阳性的金黄色葡萄球菌和革兰氏阴性的大肠杆菌。将载有细菌悬浊液的盖玻片放置在下平板电极的中央,通过调整电源电压、气隙间距和处理时间来考察电场和等离子体对两种不同细菌的作用;利用电子透射电镜(TEM)观察了等离子体处理后的细菌细胞,以确定细胞的完整性;测量了等离子体处理后的两种细菌悬浊液中蛋白质,核酸和K+的浓度。实验结果表明:在<10s时间内金黄色葡萄球菌死亡率接近100%;<7s内,大肠杆菌死亡率接近100%,取得了良好的灭菌效果。分析认为电场作用不是细菌灭活的主要因素,而等离子体中的氧自由基可以破坏细胞壁和细胞膜,以及细胞质中的蛋白质和核酸,从而起到杀菌的效果。     

高压方波脉冲电场对微生物的致死作用

研究了高压方波脉冲电场对食品中常见的腐败菌枯草芽孢杆菌 ,灰绿青霉的致死作用 ,比较了几种微生物的灭活效果 ,并以酿酒酵母为材料 ,初步探讨了杀菌机理。研究表明 :微生物的致死率随电场强度、脉宽、脉冲个数的增加而增大 ,同一灭菌条件 ,酵母菌 >大肠杆菌 >枯草芽孢杆菌 >灰绿青霉。电场作用后死亡酵母细胞表面出现凹陷 ,局部有孔洞产生。     

Survivability of Inoculated Versus Naturally Grown Bacteria in Apple Juice Under Pulsed Electric Fields

In this paper, the effect of different pulse and system parameters on the killing efficiency of pulsed electric field (PEF) treatment is investigated. Both Escherichia coli and naturally grown bacteria inoculated in apple juice were treated. Results showed that an electric field higher than 4 kV/mm is required to enhance the killing efficiency using PEF and achieve sufficient log reductions in the microbial numbers. The maximum temperature rise during pulse application was found to be around 35 $^{circ}hbox{C}$ above ambient with the treated medium temperature reaching 41 $^{circ}hbox{C}$, and it is observed that this rise in medium temperature has synergistic effect and has resulted in high inactivation. As the temperature rise can be limited to a value below the pasteurization temperature, the synergistic effect can be highly beneficial. While a high killing rate was achieved for inoculated bacteria (up to 6-log reduction), less than 2-log reduction was achieved for naturally grown bacteria in apple juice under similar test conditions.      

高频电子式水处理技术在电厂灰水管道除垢的应用

高频电子水处理装置是利用高频电磁场能和高压静电能对电厂的灰水管道进行除垢、杀菌、灭藻、防锈、抑制腐蚀等。介绍了高频电子式水处理设备除垢原理及在电厂的应用实践。     

Bacterial decontamination of liquids with pulsed electric fields

The effect of pulsed electric fields on the viability of microorganisms, mainly bacteria, in liquids has been studied since the 1960's. Experimental results obtained over a large range of electrical and microbiological parameters, point towards an irreversible formation of pores in the cell membrane as the mechanism for lysing. The model of membrane pore formation seems to fail only for ultrashort electrical pulses, where intracellular effects, and possibly resonant effects, might dominate. This paper presents an overview of the effect of pulsed electric fields on the viability of microorganisms in liquids, In particular, the lytic effect of variations in the electrical pulse parameters, such as pulse shape, amplitude, duration, and single shot vs. repetitive operation, is described, A major application of the pulsed electric field method is `cold' bacterial decontamination of liquid food and drinking water. The energy consumption for complete bacterial decontamination is presently 100 to 400 kJ/l. A possible reduction of the required energy by utilizing intracellular electric field interactions and resonance effects is discussed     

110kV劣化瓷质悬式绝缘子空间电场研究

输电线路运行的绝缘子发生劣化时,其周围空间电场相对正常状态会发生局部畸变,因此比较和分析绝缘子劣化前后的电场分布特性,可以识别出劣化绝缘子。文章通过有限元仿真软件建立110 k V瓷质悬式绝缘子的1:1有限元电场仿真模型,得到绝缘子串性能良好时的电场分布参考曲线;通过改变绝缘子串劣化位置和程度,获得劣化状态下绝缘子串的空间电场分布变化曲线。仿真结果表明:绝缘子串劣化区域的轴向电场强度显著降低,其中零值绝缘子比低值绝缘子的下降程度更为突出;另外随着测量距离的增大,劣化绝缘子造成的电场畸变逐渐减弱。在高压实验大厅搭建绝缘子空间电场实验平台,用光学电场传感器测量了绝缘子串在不同情况下的轴向电场并通过"直线归一法"对测量数据进行了处理,试验结果表明:劣化绝缘子附近的轴向电场显著减小,与仿真结果一致。因此,测量空间电场可以实现劣化绝缘子的带电检测。     

被动式人体探测系统的双人体耦合心电场分析

在利用以被探测者与探测者双人体心脏耦合电场为探测目标的人体探测系统中,对目标电场的分析是整个研究过程的关键环节。重点讨论了双人体心电偶极子所产生的耦合电场问题,并利用有限元方法对其进行分析。文中首先阐述了以心电偶极子为电场源的人体心电场产生原理;其次,分析了双人体心脏耦合电场模型及特性;最后,利用三维有限元方法对耦合电场进行建模与仿真,并且将其与单人体心电场进行比较。据此进行的仿真结果清晰展示了双人体耦合心电场的特性与优点,且与理论分析相一致。研究的结论为以人体心电场为探测目标的静电探测系统建立了有效的电场模型,对人体探测技术的进一步研究具有重要意义。     

换流变压器阀侧绕组非线性各向异性直流电场分析

由于绝缘材料的电阻率具有非线性和各向异性,故在计算换流变压器阀侧绕组直流电场时需要考虑到绝缘材料的非线性和正交各向异性。笔者采用ANSYS二次开发技术,计算了在考虑绝缘材料电阻率随场强和温度变化情况下的非线性直流电场及非线性各向异性直流电场。计算结果表明,在考虑绝缘材料电阻率非线性和各向异性的情况下,电场分布与不考虑这些条件下的分布有很大的不同。因此,换流变压器阀侧绕组的直流电场应该按非线性各向异性场计算。     

500kV超高压输电线下山坡周围工频电场分析

在输电线下电场的计算中,普遍将输电线下地面视为平地,而忽略了不规则地面对输电线下电场计算的影响。为此建立了山坡周围工频电场的计算模型,基于模拟电荷法分析了平地及山坡表面的电场分布,并分析了影响山坡周围电场分布的因素。研究表明,山坡对输电线下电场分布有明显影响,电场在靠近山坡坡脚处逐渐减小,在随着山坡高度的增加而逐渐上升,在坡顶处电场发生畸变。山坡的角度、高度、输电线与山坡的相对位置及输电线的剖分密度对其周围电场计算都会产生影响,角度越大,高度越高,在山坡顶部电场的畸变越明显。输电线与山坡之间的夹角越大,在坡脚处电场减弱的趋势越明显。     

超高压电力变压器绝缘计算

本文对SFP400000/500超高压电力变压器的绝缘进行了仿真计算.对主绝缘电场的计算应用有限元法,计算时将主绝缘电场场域划分为三个子区域,得出了各区域中的电位分布和电场强度分布,并计算了相关的绝缘裕度,找出了绝缘的薄弱环节.对纵绝缘电场,建立了绕组在雷电过电压下的电路模型,分别计算了高、低压绕组在全波和截波作用下的电位分布和梯度分布,确定了梯度最大的油道,并计算了相应油道在的全波和截波下的绝缘裕度,为变压器绝缘设计和改进提供了理论上的参考依据.     

光学电压互感器的电场分布对测量的影响

基于Pockels效应的光学电压互感器(OTV)中电极间的电场分布对电压的测量结果影响很大。用有限元法计算了纵向和横向调制情况下用BGO晶体作为传感介质的OTV的电场分布,讨论了电场的不均匀性对测量结果的影响。计算表明:在不均匀电场中,OTV的标度因数与均匀电场条件下的估算值有出入;OTV的标度因数将随入射光线的位置和角度变化而变化,会影响测量的稳定性;纵向调制比横向调制优越,因为纵向调制利用的是对称中轴附近的电场,均匀性较好,而横向调制利用的电场将受到边缘效应的干扰。