大气压空气中均匀介质阻挡放电的生成及电气特性研究

为了在大气压空气环境下生成均匀介质阻挡放电(DBD),提出了一种线-网电极结构.探究了线-网电极结构下电场分布对生成大气压均匀介质阻挡放电的影响,分析了均匀介质阻挡放电的放电过程,并且以线-网电极为例搭建了基于SIMULINK的DBD仿真模型.研究表明,强电场作用下能够产生初始电子,弱电场作用下能够减缓电子崩发展速度,...     

窄间隙SF6放电过程粒子动力学行为

为了能够从微观上深入研究SF6气体的放电机理,采用粒子连续性方程耦合泊松方程构建SF6气体放电流体模型,其中粒子连续性方程由电子、正离子和负离子连续性方程构成,用有限元法对该模型进行耦合求解.模拟过程考虑了带电粒子及中性气体分子间的电离、吸附、复合以及扩散等过程.仿真结果表明,SF6气体放电过程包含三个阶段:电子崩阶段、电子崩转化为流注阶段、流注放电阶段.     

SF_6气体中极不均匀场正流注放电机制及其瞬态产物的仿真研究

为研究SF6气体中由极不均匀场引发的流注放电的微观机制以及放电过程中的瞬态产物,基于玻尔兹曼漂移扩散方程和SF6电子碰撞反应截面数据,对SF6气体中的流注放电进行有限元数值仿真。仿真模拟了流注发展过程中外部电流的3个阶段性特征,得到了SF6气体各发展阶段的微观过程,包括流注发展中电子、离子及电荷的密度分布;结合理论分析,揭示了外施电势与流注放电通道内外的电场分布的关系,并指出若使流注向前发展,外施电势不但要克服流注通道反向电场,还要维持流注头部电场大于电离临界场强。另外,通过该仿真模型还获得了SF6气体中电离瞬态产物的成分及各自比例,F、F+、SF6vib+、SF5+、SF4++、SF4+、SF3+和SF6+为流注放电过程中的主要瞬态产物。     

多脉冲均匀介质阻挡放电特性的仿真及实验研究

为了简化实验,优化反应器设计,扩大均匀介质阻挡放电的应用范围,基于用电压控制电流源(VCCS)模拟均匀放电过程的介质阻挡放电(DBD)等效电路模型,利用Simulink建立了大气压多脉冲均匀DBD的动态仿真模型。模型中采用适于表征均匀DBD的VCCS激励信号,建立了开关控制模块再来对VCCS进行控制,从而实现对放电电流脉冲个数的调节。利用所建模型对大气压氖气中平板电极结构DBD的电气特性进行了仿真,得到了不同条件下多脉冲均匀DBD的电压电流波形以及Lissajous图形。同时,建立了大气压氖气中DBD实验装置并对不同电压幅值下的放电特性进行了实验研究,还将仿真与实验所得到的结果进行了比较。结果表明,利用所建模型仿真得到的电压电流图形和Lissajous图均与实验测量结果相符合,验证了仿真模型的正确性。利用仿真模型进一步计算得到了实际实验过程中无法直接测量获得的放电参量,如气隙电压、介质电压、放电电流、放电功率、传输电荷等。由仿真得到的伏安特性曲线可知,氖气中多脉冲放电除第1次脉冲放电为Townsend放电转化为辉光放电,其余脉冲放电皆为辉光放电。     

窄间隙N2放电过程粒子动力学特性

采用粒子连续性方程耦合泊松方程构建了N2气体放电流体模型,使用有限元法对该模型求解,获得了窄间隙(5 mm)N2气体放电过程粒子动力学特性。通过对N2气体放电过程的仿真,得知N2气体放电时的电子崩转化成了流注,不同初始种子电子对放电过程具有不同影响;而且从微观上加深了对N2及其相关气体放电过程的认识。     

热刺激电流测量装置及其用于介质阻挡均匀放电的研究

大气压氮气和空气介质阻挡均匀放电属于Townsend放电,并且以一种反常的方式熄灭,即放电在气隙电压上升过程中熄灭。为了实验研究阻挡介质材料表面"浅位阱"(能级1 e V)对大气压均匀放电的影响,探究"反常熄灭"现象的机理,研制了一套热刺激电流测量装置,可施加最高25 kV直流电压,电流测量精度达0.1 p A,具有良好的抗干扰能力和重复性。测量陶瓷和石英玻璃的热刺激电流曲线,发现2种材料表面均存在一定数量的"浅位阱"。陶瓷浅位阱能级0.37 e V,石英玻璃为0.63 e V,陶瓷浅位阱能级更低,更易被轰击成为种子电子;陶瓷陷阱电荷量315.3 n C,石英玻璃为20.7 n C,陶瓷表面浅位阱数量远远多于石英玻璃。这与陶瓷材料能够实现大气压均匀介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)但石英玻璃只是细丝放电的实验现象一致。证实材料表面浅位阱能够为放电提供种子电子,且数量越多越有利于实现大气压均匀DBD。     

均匀场中SF6二维流注放电模型的动态仿真

为了对SF6气体的放电过程进行深入研究,使用含电子、正离子、负离子的连续方程对SF6气体的放电过程建模,通过耦合泊松方程进行了解决空间电荷对电场的畸变影响的研究。使用通量校正传输法(Flux-Corrected Transport)求解连续方程,并首次实现了二维情况下的SF6放电过程的动态仿真。模拟过程考虑了带电粒子及中性气体分子的电离、吸附、复合、扩散以及光电离等过程。从仿真结果可见,SF6放电时的电子崩转化成了正、负流注,并且光电离过程加速了流注的发展。通过仿真使得SF6流注放电机制的研究从定性变为定量,这对于进一步研究SF6及相关气体的放电机理具有重要意义。     

基于Q-V Lissajous图形法的介质阻挡放电试验研究

为了解介质阻挡放电(DBD)在不同激励电压峰值VP-P和介质厚度ld下的放电特性,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、介质厚度ld对DBD主要放电参量的影响.研究表明:增大激励电压峰值VP-P、减小介质厚度ld可提高放电功率P、单周期电荷传输量Q、气隙有效电场强度Eg和气隙折合电场强度E/n.固定介质厚度ld,增大激励电压峰值VP-P,介质等效电容Cd增大,气隙等效电容Cg减小,但放电熄灭阶段总电容C变化不明显.固定激励电压峰值VP-P,增大介质厚度ld,放电熄灭阶段总电容C和介质等效电容Cd减小,气隙等效电容Cg增大.     

大气压下流注放电光电离过程的数值仿真

将光电离模型引入气体流注放电的流体模型中,针对光电离数值仿真计算需要对空间任意两点建立联系,导致方程求解计算量增大、计算较困难的问题,提出了光电离模型的简化计算方法。然后求解流注放电流体模型,仿真棒–板空气间隙放电过程,并比较了有和没有光电离2种情况,结果表明光电离提供了流注放电所必须的二次电子崩的种子电子,在没有光电离时,不能形成流注放电。在考虑光电离情况下仿真了流注发展过程,得到各时刻电子、光电子、电场空间分布,并从流注发展速度、通道半径、电场强度多方面与实验结果比较,验证了模型和算法的正确性。     

双水电极介质阻挡放电的均匀性

为了解介质阻挡放电(DBD)的微放电电流脉冲的形成原理及微放电电流脉冲的特点与介质阻挡放电的均匀程度之间的关系,建立了一个双水电极DBD系统等效电路的仿真模型,模型电源采用直流调功(PAM)控制。仿真和放电实验研究结果表明:该DBD系统逐步提高逆变电路的直流输入电压时,电源的输出电压逐渐增大,但其基波频率基本不变;放电的正、负半周内,微放电电流脉冲的幅值逐渐增大,脉冲的数量逐渐增多,相邻的脉冲之间的间距逐渐减小,微放电的持续时间逐渐增加,斑图的数量也逐渐增加,放电的均匀性也逐渐增加。     

等离子体作用下甲烷和氮氧化物活化转化研究

比较了不同的放电方式,即单纯脉冲火花放电、脉冲流光放电(针-板式、线-筒式)、介质阻挡放电(正脉冲、交流)对NO和CH4的活化转化能力。其中脉冲火花放电和针-板式脉冲流光放电对CH4的活化能力较强,CH4的最大转化率分别为100%和36%,但是在N2+O2体系中NOx的合成加剧。如在针-板式脉冲流光放电中,在O2体积分数为9.8%时,NO的体积分数为449μL/L。线-筒式脉冲流光放电中,即使在输入功率为14.4W时,CH4的最大转化率小于3%,而NO的最大转化率为25%。正脉冲介质阻挡放电中,在21.6kV、输入功率6.4W时,NO和CH4的转化率分别为31%和4.4%,在交流介质阻挡放电中,在低温下有利于NO的转化,在100℃、输入功率为6W时,NO转化率为34.5%,但是对CH4的活化能力较弱。     

空气中介质阻挡大气压辉光放电特性的研究

采用筛网电极和聚对苯二甲酸乙二醇脂(PET)薄膜作为阻挡介质的介质阻挡放电(DBD)结构在空气中产生大气压辉光放电(APGD)。通过测量空气中APGD的电气特性和发光强度空间的分布特性,比较了它们与丝状DBD的区别: 通过研究APGD的放电特性,分析了空气中APGD的放电机理。实验结果与分析表明,采用该电极结构可以在空气中产生APGD,空气中APGD的放电特性与丝状DBD具有明显的区别,筛网电极起到了在气隙击穿前产生电晕放电对驻极体阻挡介质充电的作用。     

气液两相放电水处理技术及装置综合评述

为推进放电废水处理工业化的进程,对气液两相废水处理技术及装置的发展进行了评述。各种技术措施均有各自的特点,向上喷雾使废水两次参与放电反应;静电雾化使雾滴更小,增大总反应表面积且表面带电;对流和鼓风使水气更好混合后通过介质阻挡放电,构成塔式工业化处理装置;微孔注氧放电产生氧、羟基,提高氧化降解能力;氧气以流注放电形式渗出进入苯酚溶液区,避免了电极腐蚀;旋转运动的中空针电极送氧使气液充分融合,用于高微生物含量废水处理;比较放电降解水中苯酚的方法可知:DC+AC水面气中电晕放电容易实现且不存在电极水中腐蚀问题;混合串联或并联放电反应器比单液相方式有更高的苯酚降解效率;串联式有更多活性基进入液相,所以移出率稍高。能量、尺寸和持续率等是衡量气液两相流注放电的重要指标。     

管状电极介质阻挡放电和介质阻挡电晕放电的研究

实验研究和比较了管-管电极DBD和线-管电极 DBCD的放电特性,并从放电机理角度分析了它们放电特性不同的原因。电压-电流波形图、电压-电荷李萨育图形测量和发光图像拍摄的结果表明:线-管电极DBCD相对均匀、稳定,不同于管-管电极DBD明显的丝状流注放电的形式; 在相同的外加电压下,线-管电极DBCD比管-管电极DBD 具有更高的能量效率。     

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。     

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。     

介质阻挡放电电参数计算软件设计及应用

介质阻挡放电是产生低温等离子体的一种重要方法,其应用近年来受到关注。笔者基于介质阻挡放电中经常测量的电压和电流,设计用于介质阻挡放电实验的人机界面,有利在不同的外电压波形、阻挡介质参数、间隙距离等条件下的大量实验数据的分析和计算,得到介质阻挡放电相关的气隙电压、电流及放电功率、电荷量等参数。最后利用交流和脉冲条件下介质阻挡放电的实验波形对其进行了测试。     

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。     

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。