基于高功率电磁脉冲的深海脉冲声源仿真和实验研究

工作性能稳定且方便平台搭载的高功率脉冲声源对于深海近海底地震勘探至关重要。该文研 究了一种基于高功率电磁脉冲原理的深海脉冲声源,采用 Comsol 多物理场建模仿真、大电流测试和 高速成像等手段,深入研究了高功率脉冲电路、线圈负载放电电流、电流激励的电磁力,以及电磁力 驱动的发射板在空气介质中的振动特性,验证了所建立模型的准确性。通过不同水静压条件下的发射 板振动高速成像发现,发射板的振动幅值随着水静压的增大而略有减小,振动频率不受水静压影响, 从而验证了该类型换能器能够满足深水工作的条件。     

20 MPa 高压消声水池系统设计

随着我国深海探测活动的不断增多,适用于深海声学传感、声学通讯的各种换能器、传感器 以及相关产品需求不断增加,同时对声学测试平台的要求也越来越高。该文提出了一种 20 MPa 高压 消声水池设计方案,可以满足 2 000 m 水深以内的静压力测试,同时配以声学计量系统可实现不同水 深条件下的声学性能测试。耐压舱采用圆柱形外壳,两端端盖为半球形,内部直径 1.5 m,中心轴向 长度 3.0 m,舱顶部设有两个法兰窗口,窗口内径 200 mm,中心间距 1.0 m,可满足最大尺寸不超过 0.1 m 的声学器件的测量。舱内部安装红松木质的消声尖劈。尖劈采用中空结构,安装后的舱内有效 内径 0.9 m,有效长度 2.14 m(中心轴向)。声学测量(自由场互易法)的设计频率下限为 10 kHz。基于 Comsol 声学模拟,10～58 kHz 频段的回声干涉量大于 1 dB,可采用脉冲波法测量,其中发射脉冲宽 度不超过最短声程差 230 μs(声速 1 500 m/s)。58 kHz 以上频段的回声干涉量不超过 1 dB,可采用连续 波法测量。此外,舱内设有旋转转动机构和轴向伸缩机构,可满足不同角度和不同距离的测量要求, 同时设有照明和摄像系统,满足实时观测的需求。舱内中间段的消声尖劈设计为可拆卸式,且一端舱 盖为电动开合设计,因此也可满足较大尺寸仪器设备的静压力测试需求     

基于悬浮电极介质阻挡放电的低温等离子体 灭菌实验研究

基于介质阻挡放电原理,该文工作搭建了一种悬浮式电极的低温等离子体装置,并开展了细 菌灭活的实验。实验结果表明,该装置对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌具有显著的灭活效果：作用时间 30 s 内金黄色葡萄球菌和大肠杆菌灭活效率达到 99.99% 以上;作用距离对灭菌效果具有明显影响作 用,其中作用距离为 1 mm 时的灭菌效果最佳。     

低温等离子体降解偏二甲肼废水研究

该文研究了悬浮电极介质阻挡放电装置(FE-DBD)产生的低温等离子体对偏二甲肼废水的降 解效果,并对处理条件进行优化。首先,对比了低温等离子体装置、氙灯和紫外灯降解偏二甲肼废水的效果;然后,考察了低温等离子体装置的放电间隙、初始溶液 pH、工作时间和氢氧化钠加投量对偏 二甲肼降解的影响;最后,探究了低温等离子体对偏二甲肼废水 pH 值的影响。实验结果表明,不加入其他试剂的情况下,低温等离子体装置降解偏二甲肼效果好于氙灯及紫外灯;装置放电间隙从 4 mm缩短至 2 mm,偏二甲肼降解率增加 47.2%。随着等离子体处理时间的增加,偏二甲肼的含量降低,处理 20 min 即可降解 82.1% 偏二甲肼。同时,低温等离子体处理会引起偏二甲肼废水 pH 值下降,处理10 min 后废水 pH 从 10 下降至 6.9。废水初始 pH 在 2～10 时,偏二甲肼降解率随废水 pH 值的升高而增大 ：与 pH＝2 相比,初始 pH＝10 时偏二甲肼降解率增加 65.9%。低温等离子体处理 10 min 后,往废水中加入氢氧化钠溶液至终浓度为 1 mg/mL,再继续处理 10 min,可将偏二甲肼降解率提高至 95%。     

海底原位高分辨率二维时移地震探测系统设计

大规模开采海底天然气水合物存在地质灾害风险,因此需要对开采过程进行相关监测。时移 地震可以反演水合物分解引起的储层沉积物地震反射特性变化。该文首次基于高分辨率多道地震,提 出海底原位激发和采集的二维时移地震系统,给出了系统及主要组成部分的结构设计、流程设计和关 键参数设计,并对设计过程和相关依据进行详细论述。该系统主要由深水电火花震源、深水多基元接 收缆、多通道数据采集系统和电池组及其管理系统组成,同时还包括深水电机、深水电滑环、自动排 缆器等辅助机构。其中电火花震源最大激发能量为 1 000 J,接收缆采用 16 个耐压 20 Mpa 的深水检波 器构成,基元间距为 1 m,接收的地震子波经 16 通道采集卡处理后进行原位存储。系统由锂电池进行 供电,采用周期性唤醒的工作模式,设计水下工作 2 个月,每小时进行 1 次激发采集,最大工作水深为 1 500 m,最大地层穿透深度为 250 m,最高分辨率为 0.5 m。该系统的海底原位激发和采集可以完美实现 采集数据的空间一致性,确保时移地震数据反演出水合物开采过程中储层沉积物地震反射特性变化。     

低温等离子体辅助去除含碳固态混合物

柴油发动机尾气中存在大量颗粒物,它易被人体吸入,对人的身体健康造成极大危害。其主要成分——碳烟及可溶性有机成分（SOF）等,可通过氧化燃烧的方法除去。本文从柴油机尾气颗粒物的治理出发,介绍了传统的颗粒物后处理技术,包括颗粒捕集器结合再生、微粒催化氧化转化（DOC）、静电捕集等技术。主要介绍了近年所发展起来的低温等离子体（NTP）辅助去除含碳固态混合物（PM）技术,包括等离子体反应器中的化学反应,常见的低温等离子体反应器结构及等离子体产生的放电类型。此外,根据等离子体反应器的安装位置不同,还介绍了两种不同的等离子体PM处理方法——直接等离子体方法和间接（远程）等离子体方法,后者可避免高温对等离子体过程的不利影响。总结了等离子体技术的应用特点,提出对等离子体辅助PM去除过程的研究可着眼等离子体技术本身,研究各种对气体放电产生影响的因素,为等离子体反应器的开发和应用提供参考。     

低温等离子体对 MCF-7 乳腺癌细胞的 化疗增敏作用

为了改善肿瘤细胞对化疗药物的耐药性,该文提供了一种通过促进细胞对药物的摄取来增敏 化疗的方法。低温等离子体作用肿瘤细胞后,培养基内的活性氧显著升高,进一步改变了细胞膜通透 性,使得外源活性氧及钙离子进入细胞内而诱发细胞凋亡。与此同时,细胞膜通透性的改变还可以增 加细胞对化疗药物的摄取,进一步提高了肿瘤细胞杀伤效率。结果显示,细胞经过等离子体处理以 后,显示出 20% 的细胞杀伤效率。阿霉素作为常见的抗肿瘤药物,在 4 μg/mL 的浓度下可以杀伤 46% 的细胞;而联合等离子体治疗后,细胞杀伤效率增加至 88%,显著增敏了阿霉素的化疗效果。另外, 等离子体联合金纳米棒治疗后,显示出 90% 的细胞杀伤效率,相对于单独使用金纳米棒(64%)的效果 更为显著。因此,等离子体在引发细胞凋亡的同时,可以通过细胞膜通透性的改变,增加细胞对化疗 药物的摄取,进而增敏化疗效果。     

低场强脉冲电场杀灭水中大肠杆菌的实验研究

采用高频低场强脉冲电场系统对水中的大肠杆菌进行灭菌研究,探索反应器结构、电气参数及水质参数等对脉冲电场灭菌效率和能量效率的影响.圆筒式反应器体积为500mL,平均脉冲场强为3~12kV/cm,脉冲频率可以高达20kHz.最佳高压电极结构为6层均匀分布的直径为40mm的网电极.脉冲电场的杀菌效率和能量效率随着脉宽和场强的增大而提高,水的电导率影响波形和单脉冲能量的变化,从而影响杀菌效果,当初始细菌密度降低时有利于彻底杀光.脉冲频率对杀菌无明显影响,但高频率能够大幅缩短处理时间.当脉冲电压为6kV,脉宽为30μs,水的电导率为2.5μS/cm,细胞初始密度为103~106 cfu/mL时,在消耗能量<200J/mL,水温<40℃的前提下,脉冲电场处理后细菌密度下降了1、2个对数.当细菌初始密度低于1 250cfu/mL时,细菌被全部杀光,实现了非热低温灭菌.     

宽负荷循环流化床锅炉电除尘器运行特性

为提高电除尘器对循环流化床(CFB)锅炉宽负荷工况的适应性,在某135 MW机组CFB锅炉上对不同工况下电除尘器运行功率及其出口烟尘颗粒排放控制进行了试验研究,得到电除尘器运行功率与其出口颗粒物排放质量浓度的关系。结果表明:由于负荷的变化导致烟气温度改变,而烟气温度直接影响电除尘器运行功率,故CFB锅炉电除尘器除尘效果对机组负荷的变化极为敏感;烟气温度在100~200℃内,135 MW机组CFB锅炉烟气温度每降低20℃,烟尘比电阻可降低约1个数量级,电除尘器运行功率可提高约100 k W;降低烟气温度是宽负荷CFB锅炉电除尘器保持稳定高效运行的一项重要措施。     

正、负电晕对大肠杆菌气溶胶收集的影响

为开发出新型有效的微生物气溶胶静电采样系统,考察了线筒式正、负电晕放电对大肠杆菌气溶胶带电荷情况的影响及收集作用。通过TK-3微生物气溶胶发生器产生大肠杆菌气溶胶,利用在线气溶胶分析装置ELPI(electrical low pressure impactor)研究了大肠杆菌气溶胶的带电荷情况。实验结果显示:大肠杆菌气溶胶空气动力学直径主要集中在0.8μm,不加电场时单个大肠杆菌气溶胶携带约9个正电荷;随着外加电场强度的改变,大肠杆菌微粒所带的电荷数也随之改变。单个大肠杆菌气溶胶在负电晕条件下最高可带26个负电荷,在正电晕条件下,最高可带14个正电荷。负电晕对微生物的收集作用要比正电晕高,最高可达到97%的收集效率,而正电晕最高可达到82%。