介质阻挡放电在水处理中的影响因素分析

为了研究水处理中对于介质阻挡放电(DBD)的放电功率和处理效果的很多影响因素,搭建了可实现双介质阻挡放电的实验平台。实验结果表明:相同实验参数下,放电时间越长则放电功率越大,尤其是放电前60 s内放电功率上升最明显,当120 s左右放电稳定时,放电功率可达到初始放电功率的2倍左右;当空气间隙固定时,液面高度与放电功率呈非线性关系,电源电压较小时,液面高度越小则放电功率越大,随着电源电压的升高,液面高度的影响减小;另一影响放电功率的重要因素是初始电导率,相同输出电压下,高电导率液体可以得到更大的放电功率;但是,放电功率相同时,初始电导率越低则越有利于化学反应的进行,其处理效果也越好。通过研究水处理中介质阻挡放电在各参数尤其是液体参数变化时的放电功率变化和处理效果差异,可对将介质阻挡放电应用到污水处理中的相关理论有所完善,亦可供设计、优化介质阻挡放电水处理装置有所参考。     

丝网辅助气液两相体介质阻挡放电及在水处理中的应用

为了研究利用介质阻挡放电进行废水处理,提出了一种新的板-板放电水处理装置—丝网辅助气液两相体介质阻挡放电。丝网的加入,使得放电沿丝网周期性发生,从而使放电比较均匀地分布在放电间隙中,在较大面积(900 cm2)上实现了放电。实验结果表明,在全区域放电情况下,随着频率的降低,放电电流脉冲明显增多,放电功率明显增大。通过靛蓝模拟废水处理,发现放电2 min脱色效果最明显;试样的pH值也从中性变到酸性,有机酸的生成说明染料大分子被破坏。这为利用介质阻挡放电进行工业废水处理提供了一种新途径,由于其特殊的两相体形式,还可用于气处理。     

不同电极结构气液两相介质阻挡放电特性比较

文中以水作为工作溶液,空气作为工作气体,采用电压—电流波形测量、发光图像拍摄、发射光谱分析等手段诊断了网—板电极、管—板电极和刃—板电极结构气液两相介质阻挡放电(DBD)的放电特性,研究了外加电压幅值对这3种电极结构放电产生影响,进一步计算得到了放电功率、传输电荷、分子振动温度和分子转动温度等主要放电参量,研究了他们随外加电压变化的变化规律,并结合放电理论对不同电极结构下气液两相DBD的放电机制进行分析。结果表明,相同条件下网—板电极结构气液两相DBD放电最强,放电功率与传输电荷最大,放电电流可达140 m A。电极布置差异导致电场不均匀系数的不同是放电特性出现差异的主要原因。随着电压幅值的增加,3种电极结构放电增强,放电功率和分子振动温度增加,电子密度也增加。     

介质阻挡放电型臭氧发生器等效电路研究

对正弦波电流供电的介质阻挡放电(BDB)型臭氧发生器的工作特性进行了详细地分析，对发生器放电气隙电压进行了傅里叶级数分解，给出了气隙电压的基波分量描述，提出一种新的DBD型臭氧发生器基波等效电路，并定义了BDB型臭氧发生器的几个特性参数。对正弦波电流供电DBD型臭氧发生器的电气特性进行了深入研究。给出了利用DBD型臭氧发生器的基波等效电路和电气特性设计电源的过程和实验结果。理论分析和实验结果证明了提出的DBD臭氧发生器基波等效电路的正确性和用基波等效电路电气特性设计供电电源的可行性。     

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。     

介质阻挡电晕放电特性的测量与仿真

通过实验和分析Lissajous图形,研究了线管结构的介质阻挡电晕放电,给出了放电功率及等效电容值,采用PSPICE软件对放电等效电路仿真,分析并比较了实测电流和仿真波形。研究表明,随外施电压上升,放电分别出现电晕放电以及稳定阻挡放电,放电功率密度可达数百mW/cm3。     

介质阻挡放电和介质阻挡电晕放电的特性比较

研究了平板-平板电极和线-管电极两种电极结构的放电特性,通过测量电压-电流波形图及放电发光图比较了它们的区别,并从放电机理角度对试验结果做出了解释。结果表明,平板-平板电极介质阻挡放电表现为微放电脉冲形式,而线-管电极结构介质阻挡电晕放电由于线电极的电晕效应,使得放电更为稳定。     

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。     

介质阻挡放电等离子体射流装置的实验研究

基于介质阻挡放电的形式,设计并制作了两种等离子体射流装置:一种内电极裸露;另一种内电极覆盖有石英玻璃。笔者对两种不同电极等离子体射流装置的特性进行了测量。在中频正弦电源通入Ar的情况下,测量了放电的李萨如(Lissajous)图、放电的图像和放电的光谱图;并且分别由放电的Lissajous图和光谱图,计算得到了放电的功率和电子激发温度。实验结果表明:在外施电压保持不变的情况下,气流对于放电的功率和电子的温度几乎没有影响;通过对比两种射流装置的电学和光学特性发现,与内电极覆盖有石英玻璃的等离子体射流装置相比,内电极裸露的情况下,其放电的功率和电子激发温度均比较大。     

介质阻挡放电和介质阻挡电晕放电灭菌效果的试验研究

应用介质阻挡放电(DBD)和介质阻挡电晕放电 (DBCD)产生的低温等离子体,对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌进行杀灭试验的结果发现,在90s内DBD和DBCD都对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的杀灭对数值KL达到了5。 DBCD使两种菌株减少的速度大于DBD。DBD和DBCD都使大肠杆菌减少的速度大于金黄色葡萄球菌。     

基于Lissajous图形研究大气压氦气介质阻挡放电

利用高频高压电源,进行大气压氦气介质阻挡放电试验,测量了辉光和多脉冲辉光放电的Lissajous图形,分析各段图形代表的放电过程。研究表明:介质阻挡高频放电的Lissajous图形由外电压向气隙、介质充电的直线部分和气隙放电的曲线部分交替出现组成;交替(气隙放电)的次数取决于外加电压的幅值;随着直线出现次序加大,直线斜率逐渐增大;随着放电次数增加,曲线电荷阶跃百分比减小;随着外电压幅值增加,起始放电电压减小,甚至其极性发生改变。     

介质阻挡放电及其应用

介质阻挡放电作为方便的低温等离子体源在各领域有广泛应用。柱状放电是氦气介质阻挡辉光放电的常见形式,在特定条件下形成丰富的自组织斑图,其机理尚待研究。为此进行大气压氦气准平行间隙和斜间隙介质阻挡放电实验,拍摄放电图像、测量电压和回路电流波形,研究放电柱演化现象及其机理,并用电场呈梯度连续变化的斜间隙进行验证。准平行间隙柱状放电随外加电压升高有3种形式——起始放电阶段的弥散柱状、过电压阶段的密集柱状和两者转化过程的触手状斑图,两种柱状放电存在跨周期的相互影响。在斜间隙中观察到放电柱定向排列成条纹斑图,其实质为放电柱在多个放电周期中在一定区域内有规律地产生,导致较长曝光时间或肉眼观察下呈现连续的发光条纹。影响放电柱的定向排列的主要因素是间隙中电场的径向分量与法向分量的相对强度。

     

一种介质阻挡放电型负载的等效电气模型

针对现有的介质阻挡放电(DBD)型负载等效电气模型存在的诸如只能适用特定激励波形、无法准确描述DBD型负载动态工作过程及模型系数确定过程繁琐等不足,本文在分析气隙内带电粒子的电离与复合过程的基础上,推导出一种DBD型负载等效电气模型,该等效电气模型由分别描述气隙被击穿时带电粒子的电离过程和气隙产生电离后带电粒子复合过程...     

介质阻挡放电电路的研究进展及展望

在对介质阻挡放电电路(DBD电路)负载特点进行分析归纳的基础上,综述了国内外在DBD负载特性与驱动电路上的研究现状,重点讨论了目前用于研究DBD负载特性的五类方法优缺点,对比分析了现阶段用于DBD型负载驱动的三大类拓扑结构的特性和不足。最后,结合DBD负载特殊性,提出了提升DBD型负载的放电效率和提高DBD系统性能的研究方法。     

沿面型介质阻挡放电的电气特性

沿面型介质阻挡放电在气流控制等方面具有十分广阔的应用前景.本文对其放电机理进行了分析,指出放电过程中在介质板表面积聚的电荷处会形成一虚拟电极,与放电空间其他电荷共同作用,对放电过程产生影响.基于此,建立放电的等效模型,推导了放电功率的计算公式,并与Lissajous图形计算的放电功率比较,具有较好的吻合.讨论了外加电压、频率对放电特性的影响:外加频率相同时,随着外加电压的增加,每半周期内传输的放电电荷不断增大,且其变化趋势与功率增长趋势基本一致,呈非线性增加,同时放电面积增大,功率增加;外加电压一定时,放电功率与频率成正比.     

介质阻挡放电和介质阻挡电晕放电的特性比较

研究了平板-平板电极和线-管电极两种电极结构的放电特性,通过测量电压-电流波形图及放电发光图比较了它们的区别,并从放电机理角度对试验结果做出了解释。结果表明,平板-平板电极介质阻挡放电表现为微放电脉冲形式,而线-管电极结构介质阻挡电晕放电由于线电极的电晕效应,使得放电更为稳定。     

高频交流同轴圆柱介质阻挡放电特性实验研究

同轴圆柱介质阻挡放电是非平衡等离子体实现强化燃烧的主要激励方式之一,掌握其基本放电特性对优化控制方案具有重要意义。为此,在高频交流激励模式下,开展了同轴圆柱介质阻挡放电特性的实验研究,通过改变气体种类、气体体积流量和电源参数,分析了不同因素对击穿电压、放电图像、Lissajous图形和放电功率的影响规律。结果表明:随着频率增加,击穿电压呈\"V\"型变化,期间存在最优频率使击穿电压最低,相比频率空气流量对击穿电压的影响并不明显。气体体积流量为0时,放电功率随频率、电压峰–峰值提高均线性增大,且提高电压的功率增长速率要明显快于频率;当有来流时,受气流对电荷分布的影响及其\"吹除\"作用,随频率和电压变化的功率曲线线性度均会降低,且随着气体体积流量增大,放电强度呈交替性增强减弱,使得消耗功率呈整体降低趋势的\"M\"型曲线变化。此外,甲烷放电时伴随有CH粒子产生,并且CH*自发辐射强度随电压提高呈线性增大。     

不同溶液浓度下气液两相介质阻挡放电特性实验及仿真研究

采用实验与仿真结合的方式研究高频激励下柱-板电极结构在不同溶液浓度条件下的放电特性.通过实验方式测量气液两相介质阻挡放电(DBD)的放电特性,得到了不同溶液浓度和外加电压幅值条件下的电学特性和发光特性.在此基础上,结合气液两相放电物理过程,建立了与本实验对应的等效电路模型,通过实验与电场仿真结合的方式确定了模型参数,并在Simulink中建立电路仿真模型.通过仿真得到不同浓度和电压幅值下的电压电流波形及Lissajous图形,经仿真与实验结果对比,验证了仿真模型的正确性.利用上述模型进一步提取实验中无法直接获取的放电参量,如气隙电压、液相电压、放电通道电流及能量占比等.结果表明:溶液浓度对于实验得到的回路电压电流波形及发光特性影响不显著,然而通过仿真发现,气相及液相消耗能量的占比受其影响较大.随着溶液浓度的升高,尽管气相和液相功率都增大,但液相功率增加速度更快,导致液相能量占比显著增加,而通过提升激励源电压可提高气相能量占比,从而在一定程度上抑制液相获得的能量.     

影响介质阻挡放电的因素

针对影响介质阻挡放电的因素较多,理论还不完全成熟的现状,通过试验研究了影响介质阻挡放电的部分因素,如施加电压的幅值、极板间气隙的间距、不同介电常数的阻挡介质、不同厚度的同一种介质、网眼大小不同的丝网、不同结构形式的极板结构。试验发现电极结构以及阻挡介质的材料对放电影响较大,采用针板电极及电阻率高的阻挡介质容易形成稳定的放电。该研究可供下一步进行其它影响因素的试验和理论研究及应用参考。     

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。