大气压氩氧脉冲介质阻挡放电等离子体中长生存时间活性氧粒子的演化机理

大气压脉冲介质阻挡放电等离子体中,活性氧粒子的生成和调控对于等离子体在生物医学中的应用具有重要意义,而活性氧粒子的生成和调控又与他们在放电中密度的时空演化密切相关。因此,研究活性氧粒子在1个放电周期中随时间的演化十分必要。使用1维流体模型,模拟研究了氧气体积分数为1%情况下大气压氩氧脉冲介质阻挡放电等离子体中,所考虑的各粒子的空间平均粒子数密度在1个完整周期内随时间的变化。结果表明:电子e、Ar~+、Ar_r、Ar_m和Ar*等粒子均主要生成于脉冲的上升沿和下降沿,并随脉冲的关断继续演化而后缓慢衰减至0,而O、O_2(~1Δg)和O_3 3种活性氧粒子在脉冲关断以后仍大量存在于气隙中。因此,针对具有长生存时间的O、O_2(~1Δ_g)和O_3粒子,进一步研究了他们在1个完整脉冲周期内的生成与消耗途径及随脉冲参数的变化,分析了相应的机制。     

氦等离子体射流子弹及活性粒子时空分布特征研究

重点研究了脉冲激励的大气压氦等离子体射流子弹及活性粒子的时空分布特征。通过电学测量和光学测量等手段,研究了不同放电参数对子弹传播特性的影响规律,并一步得到等离子体子弹中活性粒子(He、N2~+和O)的分布特征。实验结果表明:1)脉冲上升沿和下降沿各产生一次放电,其等离子体子弹呈现不同形状,这与空间电荷的作用相关;2)放电电压和放电频率对子弹传播影响较大,射流长度和子弹速度随施加电压增加而增加,但电压过高会发生湍流现象,导致射流长度减小。子弹速度同样随频率增加而增加,但在高频率下,其速度衰减更快;3)N_2~+粒子的时空分布与等离子体子弹一致,传播距离较远,He、O粒子传播距离较短,位于石英管出口附近。     

大气压氩气纳秒脉冲针—水结构气液放电特性研究北大核心CSCD

为了在提高放电等离子体活性的同时保持较为稳定的放电,文中利用纳秒脉冲电源驱动大气压氩气中针—水结构气液放电,研究了不同脉冲电压和频率下的放电电学特性、发光图像和发射光谱强度,并讨论了相关参数对放电特性的影响原因。结果表明:在氩气纳秒脉冲气液放电中,脉冲电压和频率不会对放电模式产生影响。随着脉冲电压的增大,上升沿电流、下降沿电流和平均功率均增大,且上升沿电流总是大于下降沿电流;当脉冲频率增大时,上升沿电流和平均功率增大,下降沿电流逐渐减小。等离子体特性方面,在不同脉冲电压和频率下均测到了较强的Ar(4p→4s)、H(656 nm)和O(777 nm)谱线和较弱的H(486 nm)谱线,并且4种激发态活性粒子的发射光谱强度均随着脉冲电压和频率的增大而增大。     

空气放电等离子体助燃激励器的动力学机理

为了研究空气放电等离子体助燃激励器介质阻挡放电(DBD)的动力学机理从而完善等离子体助燃理论,通过对能量传递方程、组分粒子浓度方程以及Boatman方程进行耦合,建立了等离子体动力学模型,利用动力学模型对不同放电时间、放电频率条件下氮系粒子浓度和氧系粒子浓度的变化规律进行了研究。结果表明:在等离子体的演化过程中,由于不同活性粒子产生与消亡的机理不同,所以不同活性粒子的粒子浓度在放电过程中随放电时间与放电频率的发展而呈现出不同的变化趋势;对于衰减迅速的粒子,放电时间与放电频率的增大对粒子浓度几乎无影响,而对于N、O3等衰减较慢的粒子,其粒子浓度最大值会随放电时间与放电频率的增加而增大。     

重复脉冲参数对变频电机绝缘PDIV测试信噪比影响研究

为研究强电磁干扰环境下复杂脉冲电压参数对局部放电起始放电电压(partial discharge inception voltage,PDIV)测试信噪比的影响,基于特高频检测法,在不同重复脉冲电压上升时间、频率和占空比下进行变频电机绝缘PDIV测试,并分析放电信号的时域和频域特性。研究表明,脉冲上升时间对0.5GHz以上高频放电能量影响显著,高频能量随上升时间增加而衰减,在不同上升时间下频域滤波会削弱放电能量,造成测试信噪比降低;脉冲频率升高,放电幅值减小且高频放电能量微弱,放电更易淹没于残余电力电子器件干扰中;具有较小占空比的脉冲电压下(如占空比为0.03%),下降沿处出现统计时延较短的小幅值放电,此时检测上升沿放电可适当提高PDIV测试信噪比。在执行低压散绕变频电机绝缘PDIV测试时,以上结果有望为重复脉冲电压参数选择和测试信噪比的提高提供参考依据,从而提升变频电机绝缘评估准确度。     

大气压纳秒脉冲裸电极放电的粒子模拟研究

大气压纳秒脉冲放电由于能量利用率高、可以生成多种活性粒子且容易形成均匀的放电等优势,在等离子体环境、医学等应用方面具有广阔的前景。为此借助于粒子模拟方法,研究了在裸电极条件下,纳秒脉冲放电的演化过程及放电机理。由于电极表面没有覆盖介质,在脉冲电压施加过程中,只能观察到一次放电,放电电流一般在电压下降沿开始时刻附近达到最大值。在电压上升沿及坪区阶段,鞘层电场持续增强,鞘层厚度逐渐变薄,电子能量概率分布函数存在明显的高能尾部,电子与离子数密度可以达到很高的数值;放电的熄灭主要是由于脉冲电压的下降造成的,即使在脉冲电压下降阶段,由于前面阶段放电剧烈鞘层电场非常强,碰撞电离依旧可以持续一定的时间。通过粒子模拟研究脉冲电压驱动的裸电极放电,并与相应的介质阻挡放电比较,有助于深化对纳秒脉冲激励的放电演化过程与内在机理的认识。     

针板负直流电晕放电中的脉冲等离子体特性

为了提高电晕放电的稳定性,研究了低气压氧气环境中针–板放电结构产生的Trichle脉冲放电特性。测量得到了放电图像和伏安曲线随电流变化的演化特性。结果表明随着电流的增高,放电处于不同的放电模式,分别为汤生放电模式、Trichel脉冲模式和反常辉光放电模式。在气压为532 Pa时,获得了稳定的电压和电流脉冲波形。一个完成的脉冲包含1个极短的上升沿(几μs)、1个较长的下降沿(几十μs)和1个极长的等待时间(100μs)。其中脉冲上升沿时间远大于高气压下脉冲的上升沿时间。脉冲的上升和衰减主要由放电时的临界电场决定,电流脉冲的峰值出现时间超前电压最低值。在Trichel脉冲放电模式下,整个放电回路中的电流并不相等。同时研究了氧气和氮气混合气体环境中的Trichel脉冲放电特性。研究结果表明氧气有利于Trichel脉冲的形成。随着氧气含量的增加,可以在更宽的电流范围内产生Trichel脉冲现象,2个相邻脉冲间的等待时间增长,脉冲频率降低。脉冲频率随平均电流的增加线性增加,随着外部并联电容值的增加而降低。     

脉冲重复频率对微秒脉冲滑动放电特性影响的实验研究

脉冲滑动放电能够在大气压下产生高能量、高电子密度的低温等离子体,在废水处理、点火助燃、甲烷转化等领域具有广泛的应用前景。为了研究重复频率微秒脉冲电源对滑动放电特性的影响,采用自主研制的重复频率微秒脉冲电源,通过改变电源的脉冲重复频率进行了实验研究。结果表明在大气压空气中滑动放电产生的火花通道能够顺着气流的方向沿刀型电极刃面向上滑动,最大高度和长度可以达到29 mm和43 mm,各火花通道彼此分散。进一步分析脉冲重复频率对滑动放电的影响规律可知,高频时(500~1 500 Hz),随着脉冲重复频率的增大,火花放电通道逐渐向上发展,发生火花放电的最高位置逐渐向刀型电极的刀尖处靠拢。滑动放电的击穿电压逐渐减小,工作电压逐渐分散。这与驻留粒子的记忆效应和电极间隙的变化有关。低频时(1~300 Hz),由于气流的作用,电极间隙内驻留的粒子较少,其记忆效应对滑动放电的影响较弱,火花通道不能沿刀型电极刃面向上滑动。     

纳米Al_(2)O_(3)/环氧树脂复合材料微秒脉冲沿面闪络特性研究北大核心CSCD

GIS中由于开关分合闸等操作而引发的内部脉冲过电压会导致绝缘件表面出现多次闪络击穿等问题。因此,文中研究了不同纳米Al_(2)O_(3)填充含量下环氧树脂复合材料在微秒脉冲电压下的沿面闪络特性;并针对1.5%Al_(2)O_(3)/EP复合材料在脉冲电压频率为10 kHz,幅值为18 kV,电极间隙为10 mm下开展沿面闪络老化试验,对比老化前后闪络电压最小值和表面电阻变化趋势,分析不同程度的老化对绝缘材料表面微观形貌、元素成分以及电气性能的影响。结果表明,预加直流电晕放电能够降低环氧树脂材料的闪络电压,且当纳米Al_(2)O_(3)填充含量为1.5%时对闪络现象的抑制效果最为显著。同时,环氧树脂复合材料在经过沿面闪络老化试验后,老化区域C、O元素之比降低,材料表面形成大量凸起颗粒和裂纹,使其呈现疏松、亲水等特点。研究结果可为提升环氧树脂表面耐压能力提供指导意义。     

空气负电晕Trichel脉冲特性的实验研究

为得到Trichel脉冲放电的特征,采用针-板电极结构对空气中负电晕放电的特性进行了实验研究。利用示波器测试了放电电压、电流波形和脉冲频率,利用微安表测试了平均放电电流,并通过放电结构上并联电容的方法研究了外接电容对放电的影响。结果表明,空气负电晕Trichel脉冲非常稳定、规则;其脉冲频率随平均电流线性增大,针尖曲率影响频率上升的斜率,但电极间距、气压、并联电容对频率影响较小;不同放电条件下的Trichel脉冲波形基本相同,其上升沿几乎不随电流、间距、气压、针尖曲率和并联电容变化,但脉冲幅值随平均电流略有下降,同时与间距、气压、针尖曲率和并联电容等条件有关;Trichel脉冲是电晕区的特征放电,在给定电极条件下,其形成过程与平均电流(电压)、气压和外电路并联电容等无关。     

不同O2浓度下NH3选择非催化还原NO的实验和模型研究

NO的选择性非催化还原反应是燃烧过程重要的脱硝途径。文中在800~1 200 ℃,初始浓度CNO,ini=200 mmol/mol、CO2,ini=0%~10%、氨氮比CNH3/CNO=1.2的情况下,进行了NH3/NO/O2的均相流反应器的实验和化学动力学模拟研究,着重研究不同氧浓度对NO和N2O浓度变化规律的影响。实验结果表明,在微量氧气杂质(CO2"50 mmol/mol)条件下,脱硝温度更高,而脱硝率达到了95%。化学动力学模型预测的NO和N2O浓度变化规律与实验结果非常吻合：氧浓度的升高使NH3/NO的最佳反应温度下降,同时降低脱硝的效果;N2O生成浓度随着氧浓度的升高而降低,对应N2O最大浓度的温度也降低。微氧工况的N2O最大生成浓度比低氧浓度下更低,而生成温度更高。     

Discharge and ozone generation characteristics of aferroelectric-ball/mica-sheet barrier

The discharge and ozone generation characteristics of a ferroelectric-ball (FEB) and mica-sheet double barrier were investigated to study the fundamentals of barrier discharges and to establish better conditions for the efficient control of pollutant gases. Five kinds of FEB's, the dielectric constants of which are 33, 150, 660, 1500, and 10000, were investigated in atmosphere with various pulse frequencies ranging between 0.2-4.0 kHz. It was found that the double barrier has better discharge characteristics for ozone generation than an FEB single barrier. In addition, ozone generation is greatly influenced by both the dielectric constant of the FEB barrier and the applied pulse frequency. As a result, there were optimum conditions for the dielectric constant and the applied pulse frequency to generate ozone effectively which, for the given experimental conditions, were about r=660 and the frequencies higher than 4 kHz     

Analysis of Dielectric Barrier Discharges under Unipolar and Bipolar Pulsed Excitation

In this work we experimentally examine the characteristics of a dielectric barrier discharge reactor driven by two distinct pulsed high voltage (HV) generators. Firstly, the operation under a HV generator delivering positive high voltage pulses with short (tenths of ns) rise and fall times in a low (up to 100 Hz) repetition frequency is illustrated. Then the DBD obtain with the use of a bipolar generator with a larger frequency range (several tenths of kHz) having rise and fall times in the microsecond scale is depicted. In the unipolar excitation regime two discharges per HV pulse occur: a first one during the rising part (or the plateau) of the applied high voltage and a second one during the falling part of the HV signal. On the contrary, the bipolar regime here studied presents a single discharge per HV pulse. Electrical as well as optical measurements give insight in the discharge characteristics in both excitation cases. Several electrical characteristics have been more particularly analyzed such as the quantity of transferred charge, the peak and the average plasma power and the power factor. These preliminary results show that the unipolar case could prove efficient to produce a reactive plasma but higher frequencies (i.e. several tenths of kHz) are needed than the ones used in the present work ones (only up to 100 Hz).     

单次放电空气等离子体的动力学机理

为研究单次放电空气等离子体动力学机理,完善等离子体助燃理论,通过耦合组分浓度方程、能量传递方程以及Boltzmann方程建立等离子体动力学模型,分别对单次空气放电等离子体中的电子能量损失、氮粒子和氧粒子浓度的演化规律进行了研究分析。结果表明:电子能量损失主要存在于电子与氮、氧分子间的振动激发、电子态激发以及氮分子的电离等过程;随着时间的增长,氮分子振动激发态、氮原子粒子浓度先快速增加然后基本保持不变,氮分子、氮原子电子激发态、O2(b1)、氧原子以及氧原子电子激发态粒子浓度先增大后减小,而O2(a1)粒子浓度则不断增大。     

一种合成锂离子电池正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2的新方法

以LiNO3、Ni(CH3COO)2·4 H2O、Co(CH3COO)2·4 H2O和Mn(CH3COO)2·4 H2O为原料,采用共沉淀-燃烧法在空气中合成了LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2.采用原子吸收光谱仪(AAS)、扫描电子显微镜(SEM)、X射线衍射仪(XRD)和充放电测试仪对合成产物的成份、形貌、结构和性能进行了表征.实验结果表明,所合成的正极材料LiNi1/3Co1/3Mn1/3O2结晶良好,粒度适中,大小均匀,具有α-NaFeO2型层状有序结构和良好的电化学性能,在2.5～4.35 V电压区间充放电,其首次放电比容量达到169.05 mAh/g,第50次循环的放电比容量仍有152.83 mAh/g.在深度充电状态下具有良好的结构稳定性.     

双极性脉冲放电等离子体处理染料废水时化学需氧量去除效果相关因素分析

在双极性脉冲放电等离子体用于染料废水的降解过程中,废水化学需氧量(chemical oxygen demand,COD)的变化是在更深层次上反映该技术对有机污染物的降解能力的重要指标。为此,重点研究了在气液固三相混合体双极性脉冲放电条件下典型染料废水COD的去除规律,测试了不同电压、气体流量、初始浓度等条件下染料废水COD的变化。实验结果表明:当负载电压较高时,染料废水的COD值会先升高然后不断降低;而负载电压较低时,COD值会在一定程度内缓慢上升;气体流量越高,COD的去除效果越好;废水初始浓度增加,COD的去除率略有下降;初始电导率增加,COD的去除率降低;对具有不同官能团的染料废水进行放电处理发现,双极性脉冲放电对于各种结构的染料均有良好的处理效果。     

信息融合在变压器油纸绝缘局部放电识别中的应用

局部放电会引起变压器绝缘的老化和破坏,而变压器局部放电特性的研究能够很好反应变压器潜伏性缺陷,对其安全可靠运行具有重要意义,因而设计制作了模拟变压器沿面放电、气隙放电和电晕放电的3种缺陷模型,采用升压法进行相应的放电试验,通过分析油中溶解气体在局部放电发展过程中的变化规律,寻找出油中产生气体与不同局部放电的对应关系。引入局部放电的最大放电量相位特征谱图Hqmax(φ)和放电次数相位特征谱图Hn(φ),并提取基于谱图的统计特征参量,构建反向传播(back propagation,BP)神经网络和径向基函数(radical ba-sis function,RBF)神经网络对局部放电的放电类型进行初级识别,在此基础上,应用信息融合方法将初级识别结果融合油中产气特征以综合识别局部放电类型。实验结果表明,同一种溶解气体在不同放电模型中发展变化趋势是不一样的,根据统计特征参量和油中溶解气体变化规律,应用信息融合方法对变压器局部放电模式具有足够的识别能力。     

常压单极性纳秒脉冲DBD模式的实验研究

介质阻挡放电(DBD)是产生低温等离子体的重要方法。实验研究的DBD由上升沿15 ns,半高宽约30ns最高重复频率1 kHz的正极性纳秒脉冲产生,测量了DBD电压、电流以及放电图像。结果表明,空气间隙上发生两次放电,分别发生在施加电压的上升沿和下降沿末端,电流峰值可达百安培量级,峰值功率可以达到MW级。放电图像显示放电分为均匀放电和丝状放电两种模式,且阻挡方式和重复频率都是影响这两种放电模式相互转化的重要因素。     

UHF detection of leader discharges in SF6

The ultra-high frequency (UHF) technique of partial discharge detection has been used to study the partial discharges produced by electrode protrusions and surface contamination in a gas insulated substation (GIS). The paper describes the stages of discharge development from inception to breakdown. The work has shown that the UHF technique may be used to identify distinct phases of discharge activity corresponding to discharge inception and a prebreakdown condition. The prebreakdown activity is detected as an increase in the UHF signal magnitude which has been attributed to the formation of leader-type discharges. These discharges form an essential part of the breakdown process, and their detection can be used to identify when the system is close to breakdown. The paper describes a filtering technique that may be employed to optimize the sensitivity of UHF leader detection     

气体绝缘组合电器尖端放电发展过程的试验研究

研究局部放电发展过程有助于对放电故障的严重程度做出准确的评估,给出合理的设备维修策略。尖端放电是发生在气体绝缘组合电器设备中的一种常见的典型局部放电故障,通过研究尖端放电发展过程中各个阶段的特高频局部放电检波信号的放电模式特征,给出了各放电发展阶段中放电特征参数随试验时间的发展变化规律,为该类型局部放电故障严重程度的诊...