一种新型高压脉冲电场杀菌装置的研制

阐述了高压脉冲电场杀菌装置的一般组成.研制了一台最高输出电压为15 kV的高压脉冲发生器并详述了其工作原理.设计了处理室的结构并对处理室电场分布进行仿真分析.实验结果表明:在此装置作用下,随着电场的增强,杀菌效果显著提高;脉冲数增加3倍,被杀灭的菌落总数提高了近3个数量级;菌落总数残存率最大下降超过3.5个对数.研究表明该装置具有较好的杀菌效果.     

不同压力条件下高压脉冲电场灭菌效果研究

本文采用同轴电极结构的处理室和能够产生双极性单指数衰减波的脉冲灭菌装置对液体食品进行了灭活处理,探讨了液体食品分别在常压、加气压、除气处理、除气后再加气压下的高压脉冲电场(pulse electric field,PEF)灭菌效果.实验研究表明:在脉冲电压灭菌前,进行加压处理,有利于脉冲电压灭菌,而在脉冲电压灭菌前除气处理,不利于脉冲电压灭菌.     

飞秒激光切割CFRP质量实验及模拟研究

为了探究飞秒激光切割碳纤维增强树脂基复合材料(CFRP)的主要影响因素,采用控制变量法探究了不同能量密度和光斑重叠率对热影响区宽度、表面粗糙度及切缝锥度的影响规律,基于双温方程,采用时间差分法模拟了飞秒激光与碳纤维相互作用时电子-晶格的温度场演变过程。实验结果显示:在脉冲频率不变条件下,提高激光功率可使切缝热影响区宽度增加,粗糙度及切缝锥度加大,切割质量下降;在固定激光功率并单一提升脉冲频率条件下,切割质量随脉冲频率增加而降低并趋于饱和。模拟结果显示:能量密度越大,电子和晶格的平衡温度越高,达到热平衡所用的时间越长,热效应越明显。分析指出光斑重叠率和脉冲能量密度是影响加工质量的两个重要因素,激光功率及脉冲频率的改变可改变脉冲能量密度和光斑重叠率,间接影响加工质量。     

高压纳秒脉冲电场消融黑色素瘤细胞实验研究

为了研究高压纳秒脉冲电场(nsPEF)消融恶性肿瘤的关键影响参数,基于火花开关和传输线变压器(TLT)技术,自主研制重频高压纳秒脉冲电场(RnsPEF)发生系统,可以稳定输出纳秒级脉宽的指数脉冲,证实了高压纳秒脉冲电场杀伤肿瘤细胞的效果和可控性. 以贴壁生长于六孔板中B16黑色素瘤细胞为对象,研究脉冲次数、峰值电压、重复频率和电极针对间距对肿瘤细胞消融效果的影响. 以电极杯中B16肿瘤细胞悬液为研究对象,结合CCK-8检测法开展脉冲处理后细胞活性的研究. 结果发现,高压脉冲电场和脉冲能量注入密度是影响纳秒脉冲电场消融肿瘤细胞的关键因素,重复频率对消融效果的影响不大. 结果显示,自制RnsPEF系统消融B16肿瘤细胞的阈值电场强度为6.8 kV/cm,注入能量密度的阈值为11.4 J/cm³和最佳消融次数为500次脉冲.     

高压脉冲电场对牛奶中微生物及酶活性影响的研究

利用高压脉冲电场技术结合巴氏杀菌对牛乳进行处理,可以在较低温度下,将乳中的微生物完全杀死,同时将其中的酶完全钝化.结果表明:杀菌时,高压脉冲电场起主要作用,温度起辅助作用;灭酶时,温度起主要作用,而高压脉冲电场起辅助作用.确定了不同温度下能达到要求的最小的电场强度、最低的温度及最短的温度处理时间;测定了在上述处理条件下乳营养的损失量,在较高的场强、较低的处理温度下乳营养的损失量远小于场强较低、处理温度较高时乳营养的损失量.     

响应面法优化HPEF杀菌工艺研究

为了弄清高压脉冲电场(HPEF)的杀菌作用,研究高压脉冲电场对培养液中枯草芽孢菌(Bacillus subtilis,简称B.subtilis)的杀灭效果.以枯草芽孢杆菌为模式菌株,采用高压脉冲电场处理,在单因素实验基础上,响应曲面法考察了高压脉冲电场强度、脉冲频率和杀菌时间对杀菌的效果的影响.通过回归方程求解和响应曲面分析,得到了二次多项式提取回归模型,并通过模型求得高压脉冲电场的杀菌试验的最优解.通过验证,实验值与模型预测值拟合性良好,能较好地反应高压脉冲电场对液体物料中枯草芽孢杆菌的致死效果.得到杀菌最优工艺条件为:电场强度为25.4 kV/cm,脉冲频率为797.0 Hz,脉冲处理时间为120.0 s,致死率为95.24％.     

高压脉冲气-液同步放电降解甲基红

实心、细直径的针灸针穿过曝气小孔中心轴线到达高压脉冲放电反应器反应室底部,在针的周围曝气,使针电极包围在气体氛围中,并把接地极板置于液面之上,形成气-液间歇式同步放电.实验表明,在一定条件下,液体内部,尤其是液面会有不同程度的能量聚积,从而导致液下放电电极针尖周围、液面和接地极板气层之间同步间歇式火花放电,并伴随不同程度的冲击波和强烈的紫外光.脉冲峰压的升高、电极距离的缩短、脉冲频率的加大致使甲基红的降解速率增加.在脉冲峰压为20 kV、电极距离为18 mm、脉冲频率为150 Hz条件下,放电30 min,甲基红的降解率约为99%.甲基红在高压脉冲反应器内的降解属于自由基反应,其分子结构的破坏源于偶氮键的破裂,主要的中间产物是对硝基-N,N-二甲基苯胺、甘油以及少量的对硝基苯酚和微量的甘氨酸-N-羧甲基.     

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.     

高压脉冲电晕降解液相苯酚的实验研究

利用针-筒式反应器进行高压脉冲电晕放电降解液相苯酚的试验,研究Fe2+、脉冲电压峰值、脉冲频率、曝气及pH等对苯酚降解的影响.结果发现,苯酚降解率随着Fe2+添加量的增加先升高后降低,最佳Fe2+的添加量为0.015 mmol/L;提高脉冲电压峰值、脉冲频率、曝气体积流量和pH均可达到提高苯酚降解率的效果,其经济性、适应性最佳值如下：脉冲电压峰值为40 kV,脉冲频率为180 Hz,曝气O2的体积流量为6 L/min,此条件下苯酚降解率可达到84.8 %;偏碱性环境有利于苯酚的降解;曝气种类对苯酚降解率有较大影响,降解率由高到低依次是氩气、氧气、氮气.当曝气源为氩气时,苯酚的降解率可达到98.1 %.     

不同电极结构处理腔下的脉冲电场灭菌对比

对同轴电极处理腔和细管组-板电极处理腔内的牛初乳进行了动态脉冲电场灭菌(PEF)处理,研究了稍不均匀电场与极不均匀电场下的灭菌效果.分别比较了两种电极结构下试品流速相同和高于临界场强区域内脉冲个数相同时的灭菌率.试验结果表明:在脉冲个数相同情况下,细管组-板电极结构处理腔灭菌效果始终好于同轴电极处理腔.     

高频脉冲原油电脱水供电控制技术与装置研制

针对传统电脱水器对原油三次采出液处理困难的难题,提出了高频脉冲原油电脱水的方法,并详细分析了利用该方法进行原油脱水的优点.结合现场脱水工艺的要求,给出了高频脉冲原油电脱水供电装置的实现方案,并开发出以三相全桥可控整流、IGBT全桥逆变为核心的新型高频脉冲原油电脱水供电装置.针对原油电脱水实际应用中经常出现的高压短路现象,提出了长时间范围内的恒流与恒压和短时间范围内过流与过压的双重保护方案.经现场试验验证,该装置具有运行稳定、脱水效率高和节能等优点,实现了设计要求,并满足了油田现场原油电脱水的需求.     

脉冲激光能量密度对ZnS薄膜的影响

采用YAG固体激光器（1064nm）和XeCl（308nm）准分子激光器，利用脉冲激光沉积技术，研究了不同的脉冲激光能量密度和不同波长的激光器对制备的ZnS薄膜的影响。利用X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）对制备样品的结构、形貌特性进行了表征。结果表明：脉冲激光能量密度过高会使薄膜质量变坏；XeCl激光器制备的薄膜质量更好。     

不同电极结构等离子体反应器的放大试验研究

应用脉冲放电等离子体技术,在三种不同电极结构的线板式反应器内对模拟甲苯废气的净化进行了放大试验.三种反应器是A-无阻挡式、B-陶瓷板阻挡式和C-陶瓷板阻挡并负载MnOx催化剂式.采用一种基于闸流管开关、Blumlein脉冲形成网络和脉冲变压器技术的高压脉冲电源,其最大输出功率为1kW,最大脉冲电压峰值为100kV.试验结果表明: 当甲苯的初始质量浓度为5.4g/m3、处理气量为4m3/h、峰值电压为67kV、重复频率为300Hz时,反应器A的甲苯去除率为47%,B为64%,C可达80%;当能量密度相同时,C的甲苯能量利用率最高,B次之,A最低;陶瓷板的阻挡有效地降低了反应器放电产生的臭氧质量浓度;当峰值电压相同时,陶瓷板的阻挡有利于提高次峰电压、峰值电流、峰值功率、单脉冲能量及其注入反应器的平均功率;MnOx催化剂的存在可强化放电等离子体去除甲苯的过程.     

Computer Controlled High Precise, High Voltage Pules Generator

High precise, high voltage pulse generator made up of high-power IGBT and pulse transformers controlled by a computer are described. A simple main circuit topology employed in this pulse generator can reduce the cost meanwhile it still meets special requirements for pulsed electric fields (PEFs) in food process. The pulse generator utilizes a complex programmable logic device (CPLD) to generate trigger signals. Pulse-frequency, pulse-width and pulse-number are controlled via RS232 bus by a computer. The high voltage pulse generator well suits to the application for fluid food non-thermal effect in pulsed electric fields, for it can increase and decrease by the step length 1.     

微细电火花加工用脉冲电源发展现状的分析

微细电火花加工技术是微细加工领域最重要的加工技术之一。脉冲电源技术是影响电火花加工工艺指标的重要因素。为研究微细电火花加工用脉冲电源的主要研究现状及发展方向,以RC式脉冲电源和独立式脉冲电源为重点,对其工作原理、优缺点、工程实现的难易度进行分析,发现:RC式脉冲电源在能量控制方面仍有改进空间,可以从降低放电电容和放电电压2方面来进行研究;独立式脉冲电源应着眼于利用高速开关管从而减小脉宽,以降低单次脉冲能量。     

大电流脉冲发生实验装置的研制

研制应用于高温超导脉冲特性研究的大电流脉冲实验装置,装置由充电回路、放电回路、测量系统、保护装置和控制回路组成.利用电容器储能,通过电感放电形成LC振荡回路,放电回路中利用二极管使通过试验样品的电流为单向脉冲电流,通过改变电容器储能电压、电感、电容参数,负载上可获得不同幅值、脉宽、频率的脉冲或振荡电流.装置试验达到要求,为超导装置失超与脉冲特性研究创造了实验条件.     

不可逆电击穿肿瘤细胞的仿真研究

当作用于细胞膜的电压峰值达到某种阈值时,作用于细胞的脉冲电场会将细胞膜击穿,最终导致恶性肿瘤细胞死亡。为寻求不可逆电击穿技术最大程度杀伤肿瘤细胞以及对周围正常细胞影响程度最小的作用参数,基于COMSOL软件中有限元的仿真方法搭建了不同的模型,可以直观地观察任意时刻、不同参数脉冲电场作用下肿瘤细胞的击穿过程和损伤情况,为寻求最佳治疗效果提供了相关参考。此外,通过观察肿瘤细胞与正常细胞在相同作用条件下的损伤程度,实现了肿瘤细胞的定位,为电脉冲的作用位置选择提供了定量参考。     

真空高电压放电场木材干燥特性试验与研究

利用真空高电压放电场可节能、高效干燥木材,为研究不同高压脉冲形式下的干燥特性,分别对直流电压、交流电压、脉冲电压作用下的真空放电木材干燥及常规自然干燥和对流干燥进行比较试验。结果表明,通过调整电脉冲参数,使用真空放电法,能加速木材干燥过程。