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。     

准高频介质阻挡放电功率及负载等效参数测量

为了解准高频条件下介质阻挡放电特性以及实现等离子体电源与放电管之间的匹配,采用Q-ULissajous图形法研究了外加电压幅值和频率对介质阻挡放电(DBD)的放电功率、等效电容等放电参量的影响。试验结果表明,增大外加电压幅值和工作频率,微放电通道发光强度增强,传输电荷能力增强,放电功率增大;随着外加电压幅值和工作频率的增大,放电管总等效电容C在1.350～1.356nF范围内变化,电介质等效电容Cd增大,放电间隙等效电容Cg减小,直至放电稳定时Cd和Cg分别达到稳定值。     

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。     

空气中沿面流注放电表面电荷分布特性的仿真研究北大核心CSCD

绝缘子表面积聚的电荷会畸变电介质表面电场进而引发沿面闪络。为研究空气氛围中绝缘介质表面在沿面流注放电发展过程中动态电荷积聚情况,在自主开发的二维流体沿面放电仿真模型中增加化学反应体系,模拟了正负极性沿面放电在起始及发展过程中流注自身特性以及介质表面电荷分布特性的演化过程。研究发现施加电压为负极性时,介质表面始终累计负电荷,沿面流注头部累积电荷量极高,流注头部后方界面处电场极性反转,正离子向介质表面运动;施加电压为正极性时,沿面流注头部累积正电荷,尾部电子朝介质表面扩散,介质表面总电荷量为负值。     

电源频率对介质阻挡放电参量影响的研究

建立了大气压空气中介质阻挡放电(DBD)的实验装置,研究了电源频率f对DBD放电参量的影响,并结合放电理论对实验结果进行分析,以期为DBD的实际工业应用提供参考。分析结果表明:随着电源频率的增加,放电参量如放电持续时间Δt、气隙等效电容Cg等非线性减小,单周期传输电荷量ΔQ、介质等效电容Cd、放电功率P、放电电流幅值If以及容性电流幅值Ir等非线性增加。     

介质阻挡放电的放电过程仿真研究

为深入地理解介质阻挡放电(DBD)的放电机理和实现DBD等离子体的大规模工业应用,采用基于连续性方程和泊松方程的DBD模型仿真研究了大气压空气中DBD的放电过程,计算得到放电空间的电子密度、电场强度和电压电流随时间变化的规律,讨论了阻挡介质在DBD放电不同阶段的作用。仿真结果表明,DBD的微放电过程可分为电子崩、流注和放电熄灭3个连续的阶段。在电子崩和流注阶段间,阻挡介质主要起到加速流注形成的作用;而在放电熄灭阶段,阻挡介质主要起到限制放电电流的自由增长,从而阻止放电发展到电弧的作用。     

介质阻挡放电中过零放电特性研究

大气压下空气介质阻挡放电通常表现为丝状放电模式,但在放电间隙较短(约1 mm)的条件下增大放电电压的幅值,丝状模式就能转化为均匀放电模式。实验研究发现,该放电机制仍然是流注放电,而放电模式的转化与过零放电即外加电压反向之前的流注放电有关。随着外加电压幅值的不断增大,前半周期放电后的残余电场随之增强,导致在外加电压反向之前本身的残余电场可引起气隙击穿。在放电间隙较小时,放电细丝密集,细丝之间的区域也存在相当数量的沉积电荷,过零流注放电将导致后续流注放电位置发生改变,从而妨碍放电细丝的形成。     

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。     

正直流电压下油纸绝缘针板电极局放流注仿真研究

为了更好地研究直流电压下油纸绝缘系统针板电极局部放电的电荷分布特性,文中基于流体动力学扩散—漂移方程和双极电荷传输方程搭建仿真模型用以模拟空间电荷的分布,研究了电荷产生的和流注发展的过程与放电特性,得到了局部放电过程中电荷,电场和电势的发展趋势。研究表明:油纸绝缘针板电极的局放过程分为流注击穿油隙与电荷在纸板上积累两个阶段,油隙的击穿过程中,流注头部的电场强度与净电荷密度会不断增加,形成自持放电;当流注到达绝缘纸板表面并在纸面积累电荷,将形成屏蔽层,导致流注的电场分布与电荷分布减弱,逐渐形成零电场区域,使流注中断,电荷发生扩散。     

向量法与电荷电压法测量介质阻挡放电参量的分析比较

在定频变压条件下,使用向量法和电荷电压法分别对介质阻挡放电参量进行了测量分析,实验表明,二者得到的共有参量(介质等效电容、气隙等效电压、放电功率)变化规律基本相同;电压变化对反应器总等效电容影响不大;在此条件下放电功率会出现一个极大值,其原因主要是电源谐振造成的。     

放电气隙对介质阻挡放电电学参量的影响

通过建立介质阻挡放电试验系统,采用Q-V Lissajous图形法研究了激励电压峰值VP-P、放电气隙lg对介质阻挡放电主要参量的影响。试验结果表明:增大VP-P、lg可提高介质阻挡放电的放电功率P;固定lg时,电介质层等效电容Cd随VP-P的增大而增大,放电间隙等效电容Cg随VP-P的增大而减小,VP-P对等效总电容C的影响不大;C、Cd、Cg均随lg增大而减小;电荷传输量Q、气隙等效电场强度Eg随VP-P的增大而升高,随lg的增大而降低。     

空气条件下介质阻挡放电影响因素的研究

为了解决低气压等离子体用于工业生产时存在真空系统昂贵和难以实现试品的批量处理等缺点,采用环氧树脂和聚四氟乙烯(PTFE)作为介质阻挡放电(DBD)的阻挡介质,探讨了在不同放电间距d(2-5 mm)、气压p(10-100 kPa)和外施电压U下的放电特性。结果表明,PTFE为阻挡介质,d≤3 mm时,在大气压下可利用DBD的形式产生辉光放电,当d>4 mm时,则不能得到稳定的DBD;在不同气压下,DBD稳定放电对应的电压区间范围在d为3 mm时最大;次大气压下辉光放电的特征较大气压下更明显,辉光放电更易获得,稳定放电的电压区间也更大。     

介质阻挡放电的电荷传输特性研究

对介质阻挡放电空间的电荷传输特性进行研究,可以在实际应用中优化设计、提高放电效率。通过在实验室建立的介质阻挡放电装置,研究了外加电压幅值、气隙距离、阻挡介质的厚度和介电常数等因素对放电空间传输电荷的影响试验结果表明,放电空间在一个周期传输的电荷量随外加电压幅值和介质介电常数的增加而增加,随气隙距离和介质厚度的增加而减小。     

介质阻挡放电电路参数测量的改进型Lissajous图形法

为了减少在介质阻挡放电电路参数测量中广泛使用的电压-电荷Lissajous图形法的测量误差,从介质阻挡放电电路的原始等效模型出发,对电压-电荷Lissajous测量法在未放电和放电两个阶段的约束关系进行了推导,得出了如忽略测量电容对测量过程的影响将使介质阻挡电容测量结果偏大和放电维持电压数值存在误差的结论。为解决这一问题,提出了一种改进型Lissajous图形法,该测量方法能使测量电容独立于主回路,减少了常规的李莎茹图形存在的固有误差并实现测量回路与主回路隔离。该方法具有参数测量准确、接线简单及测量工作量小等优点。实验结果表明,所提出的改进型测量方法是有效的。     

介质阻挡放电等效电容的测量与分析

为深入理解放电机理并优化介质阻挡放电反应器设计,提高运行效率,介绍了通过Lissajous图形计算介质阻挡放电气隙等效电容Cg,电介质层等效电容Cd及负载电容的方法,通过实验研究了外加电压及气隙距离的变化对Cd、Cg和总电容C的影响。结果表明,给定介质厚度和电源频率时,随外加电压的增加,Cd逐渐增大,在相同的电压下,Cd随气隙距离的增加而减小;Cg随外加电压的增大而减小,在相同的电压下,Cg随气隙距离的增加也是减小的;C随外加电压先增大再减小,中间会达到一个最大值,相同电压下,随着气隙距离的增加,介质电容减小,而且,随着气隙距离加大,介质电容所能达到的峰值会减小。     

单介质与双介质结构介质阻挡放电水处理性能的比较

为研究不同结构介质阻挡放电(DBD)在水处理中的特性,首先搭建了可实现单介质阻挡放电和双介质阻挡放电的实验平台。实验结果表明,相同实验条件下若要得到相似的放电功率,则双介质阻挡放电所需的电压远高于单介质阻挡放电;2种结构下所得的放电电压电流波形以及Lissajous图的形状均有一定的相似性,但等效电容等参数的不同使它们也存在一定的差别。然后在2种结构下以相近的放电功率,对质量浓度为100mg/L的碱性品红溶液进行了处理。通过对各自脱色率的对比分析发现,介质层数对脱色效果影响不大;通过对2种情况下的pH值和化学需氧量(COD)的对比分析说明,2种结构下发生的化学反应也是相似的,并且最终都达到了去除有机污染物的目的。通过对不同结构介质阻挡放电在水处理中的特性的实验研究和优劣分析,完善了介质阻挡放电处理污水的相关理论,可以为设计、优化介质阻挡放电水处理装置提供参考。     

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。     

大气压下氦气介质阻挡辉光放电过程的Lissajous图形分析

为研究介质阻挡放电(DBD)过程中等效电容的变化情况,利用高频高压电源,进行了大气压氦气介质阻挡单脉冲和多脉冲辉光放电试验,利用外施电压、回路电流计算得到放电Lissajous图形,并与直接测量的Lissajous图形进行了对比。确定了放电电流波峰和波谷在Lissajous图形上的对应位置,计算了放电截止和放电进行阶段气隙和介质的等效电容,分析了等效电容变化的原因,并且探讨了放电的物理过程。结果表明:计算得到的Lissajous图形与测量所得的Lissajous图形一致;介质等效电容在放电截止阶段保持不变,但在放电进行阶段随电流脉冲变化而变化,并且在电流峰值处最大;放电物理过程主要受到外施电压和介质表面电荷量的变化速率影响。