沿面/体介质阻挡放电装置的放电及臭氧生成特性

相对于体介质阻挡放电(VDBD),沿面介质阻挡放电(SDBD)等离子体可以更高效地生成反应活性物质,在气体处理方面显示了较高的效率。但沿面放电仅沿介质表面发展,限制了放电等离子体装置处理气体的能力。文中设计了一种新型的沿面/体复合DBD装置,通过在垂直于沿面放电高压电极的上部增加体放电电极,用于扩展等离子体的空间分布并提高活性物质的产量,研究了电极构型、放电气隙、放电电压及气体体积流量等对装置的放电特性及臭氧生成的影响。在空气间隙为4.5mm,外加电压幅值为16kV时,SDBD放电功率为11.2W,VDBD放电功率为4.6 W,复合装置的放电功率为19.7 W;分别测量复合装置中的沿面放电和体放电功率发现,复合装置的沿面放电功较单一沿面放电装置的放电功率提高了1.1倍,而复合装置的体放电功率较单一体放电功率提高了1.9倍。臭氧测试结果表明,复合装置生成的臭氧质量浓度可达3.0 mg/L,分别是SDBD和VDBD的3.8倍和5.0倍。     

平行磁场对脉冲针–板介质阻挡放电物理化学特性的影响EI北大核心CSCD

为在大气压下产生高强度的介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)等离子体,该文利用永磁铁产生平行于电场方向的磁场,用于增强纳秒脉冲针–板DBD等离子体的物理化学活性,并探究不同脉冲参数下磁场对等离子体特性的影响规律和机制。考察平行磁场辅助脉冲针–板DBD等离子体的动态演化特性,并从电学、光学和臭氧生成特性等方面研究了脉冲电压幅值、上升沿时间和下降沿时间等参数对平行磁场辅助脉冲针–板DBD特性的影响规律。实验结果表明:平行磁场通过磁化电子改变DBD等离子体特性;施加平行磁场后,针–板DBD中空间流光放电及介质表面流光放电强度增强;不同脉冲放电参数下,施加平行磁场对放电强度及臭氧产量均显示出增强效果,在短脉冲上升沿时间条件下平行磁场的增强效果尤为显著。     

大气压下气液两相介质阻挡放电的放电特性

丝网辅助气液两相介质阻挡放电(DBD)的研究目前主要集中在开放环境下废水治理应用方面,并且研究集中在放电电学特性方面,对于光谱分析研究较少,对于丝网网孔尺寸和大气相对湿度的影响规律研究比较少。为此以废气治理为目的,在封闭的大气环境下研究丝网网孔尺寸和空气相对湿度对气液两相DBD放电特性的影响,以及比较驱动电压频率对气液两相DBD和传统板板DBD放电特性的不同影响。实验结果发现,丝网网孔尺寸对放电功率有重要影响,空气相对湿度为85%时放电功率达到最大值,各自峰值频率下,气液两相DBD放电功率、电子激发温度等参数数值明显高于传统平板电极DBD。     

不同电源激励下多针-平板介质阻挡放电特性比较

利用多针-平板电极在大气压空气中产生介质阻挡放电(DBD)等离子体,通过实验研究比较了μs脉冲和高频电源激励下的放电特性。测量了放电的电压电流波形图等电气特性,同时获得了放电发光图像及光谱特性等光学特性。计算得到放电功率、传输电荷、振动温度和电子密度等主要放电参量,研究了不同电压幅值下这些放电参量的变化规律,并结合放电机理对实验结果进行分析。结果表明:μs脉冲DBD比高频DBD更强烈,脉冲电压幅值的上升速率快,迅速在放电空间产生很高的过电压,加上脉冲放电过程中两次放电的相互影响,有效降低了放电空间的场强,因而脉冲DBD具有更好的放电均匀性和更高的放电效率。     

脉冲电源驱动多针—平板电极介质阻挡放电影响因素研究

笔者采用μs振荡脉冲电源驱动多针—平板电极,产生空气中介质阻挡放电(DBD),测量了不同条件下放电的电压电流波形,拍摄了放电发光图像,并进一步计算得到放电功率和传输电荷量等主要放电参量,研究了多针电极密度、外加电压幅值和气隙距离对多针—平板电极DBD放电特性和放电参量的影响,并结合放电机理对所得到的实验结果进行了分析....     

施加电压和放电单元数对柱状阵列式介质阻挡放电特性的影响

低温等离子体富含高活性荷能、荷电粒子和自由基,并伴随着较强的短脉冲自生电场,在降解VOCs领域表现出很大的优势,且等离子体废气处理装置具有设备投资小、工艺简单、处理速度快、降解效率高等优点。文中基于介质阻挡放电原理,设计了一种循环水电极柱状阵列式等离子体反应器,搭建等离子体特性实验平台,研究不同电压幅值及不同放电单元数目下DBD的光、电特性,包括电压与电流波形、谐波情况、放电功率、放电图像、发射光谱等。研究发现:随着电压幅值的增大,电流脉冲数量明显增加,偶次谐波含量逐渐减弱至消失,放电更加均匀,特征谱线相对强度和氮分子振动温度均随之增大;且放电功率随电压的增大和放电单元数目的增多而增加,无功功率呈现负值。研究结果为优化等离子体反应器运行参数、提高实际大通量VOCs处理效果提供参考。     

电极结构对介质阻挡放电参数的影响研究

为了优化介质阻挡放电(DBD)反应器设计,提高放电效率,提出一种针阵列芒刺状棒电极结构。利用电压-电荷Lissajous图形法,研究了光滑铜棒、螺纹铜棒和针阵列芒刺状铜棒电极等反应器电极结构对DBD放电参数的影响。实验结果表明,随着外加激励电压的升高,5种电极结构的放电功率P和平均放电电流Im及周期传输电荷量Q都随之增大。相同激励电压下,针阵列芒刺状棒电极的P、Im、Q值最大。针阵列芒刺状铜棒电极的气隙等效电容Cg随电压的升高呈震荡形式增加,而光滑电极和螺纹电极的Cg随电压的升高呈减小的趋势。研究结果表明,针阵列芒刺状铜棒电极更有利于挥发性有机物的去除,针间距越小,能量利用率越高。     

利用液体阻挡介质产生空气中均匀介质阻挡放电的研究

研究了外加电压幅值对均匀介质阻挡放电(DBD)特性的影响,并结合不同外加电压幅值下的发光图像,分析了DBD放电特性的变化情况.利用测量得到的李萨育图形计算得到放电功率P和传输电荷Q,并进一步研究了外加电压幅值和电源频率对P和Q的影响.研究结果表明,采用硅油作为液体阻挡介质的锥-平板电极结构DBD能够在大气压空气中产生均匀放电,P和Q随外加电压幅值和电源频率的增加而非线性增加.     

纳秒和微秒脉冲激励表面介质阻挡放电特性对比

表面介质阻挡放电(DBD)在气体流动控制方面有着巨大的应用前景。利用自制的纳秒和微秒脉冲电源进行表面DBD实验,比较了电压幅值、介质厚度、电极水平间距等对两种激励下表面DBD电特性的影响并进行了分析。实验中两种电源激励的表面介质阻挡放电能量均在mJ量级,上升沿瞬时最大功率达到几十kW。实验结果表明:在脉冲上升沿有多次放电,微秒脉冲上升沿放电次数比纳秒脉冲多;随着电压幅值上升,放电次数减少;介质越薄,放电越激烈,能量越大;电极水平间距对表面DBD放电有影响,间距0 mm时能量消耗最大;施加脉冲电压频率越大,放电等离子体的亮度越大;微秒脉冲放电的等离子体区域要大于纳秒脉冲放电。     

介质阻挡放电脱色酸性橙Ⅱ废水的动力学及脱色物化效应

气-液两相介质阻挡放电(DBD)等离子体对废水电导率较不敏感,因此电极施加电压和放电气隙成为影响放电强度及废水中污染物降解的两个主要因素。以酸性橙Ⅱ(AO7)废水为对象,考察了电极施加电压、放电气隙等因素对DBD装置放电特性及AO7降解动力学的影响,分析了DBD降解AO7的主要物化效应。结果表明:高压电极引发的丝状放电通道随电压升高、放电气隙减小而增多,且丝状放电通道在接近液面时出现明显的分支现象;AO7降解符合一级反应动力学,施加电压升高、放电气隙减小可提高AO7降解的反应动力学常数。放电气隙为6 mm,峰值电压从15 kV分别升高2 kV和4 kV,反应动力学常数可提高4.45倍和5.67倍;电极施加电压为17 kV,放电气隙从8 mm减小到4 mm和2 mm,AO7降解的反应动力学常数可分别提高3.51倍和6.67倍。废水的pH值对AO7降解也有较大影响,酸性条件和碱性条件下AO7降解的反应动力学常数较大。分析DBD等离子体降解AO7的物理化学效应,臭氧和过氧化氢等反应活性物质是AO7降解的主要原因。     

不同电极结构下介质阻挡放电的特性研究

研究了平板-平板电极、多针-平板电极和筛网电极3种电极结构DBD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实验结果作了解释。结果表明:平板-平板电极DBD表现为稳定的细丝状放电。而多针-平板电极DBD融合针尖的电晕效应,使得放电空间中呈现扩散圆锥形放电。筛网电极DBD可以实现大气压辉光放电(APGD),放电更加均匀,放电空间内看不到放电细丝的存在。     

结构及供电电源对沿面介质阻挡放电装置放电特性及臭氧生成的影响

沿面介质阻挡放电(SDBD)等离子体能够高效生成反应活性物质,在生物医学、环保等应用领域得到广泛研究。SDBD装置的结构和供电电源参数是影响其放电特性及反应活性物质生成的主要因素,为此,以具有螺环线形高压电极的管状沿面放电装置为对象,研究了装置结构及供电电源对其放电特性及臭氧生成的影响。结果表明:在相同的供电电压下,螺环线形高压电极的螺距、介质厚度影响电极间的电场强度和分布、放电功率和臭氧生成量,但螺环线形高压电极的线径对放电功率和臭氧生成量几乎没有影响;螺环线形高压电极的螺距存在一个优化值,在螺距低于25mm时,放电功率和臭氧产生量随着螺距的增加而增加,当螺距大于25mm时,放电功率和臭氧产生量基本不再变化;当绝缘介质管厚度由3mm减小到1.6mm时,放电功率提高约2倍,臭氧产生量提高约3倍。同采用50Hz交流电源供电相比,SDBD装置采用9.6k Hz高频电源供电时,在较低的电压下即可获得较大的放电功率及臭氧产量,且臭氧生成的能量效率提高约25%。     

内电极直径对大气压氩等离子体射流放电特性的影响

为了研究电极结构对大气压等离子体射流放电特性的影响,通过氩等离子体射流的电压电流波形和Lissajous图形等电气特性的测量以及发射光谱及发光图像的光学特性的诊断,研究了内电极直径对氩等离子体射流放电特性的影响。实验研究了内电极直径分别为0.5、0.95、1.6 mm时,氩等离子体射流放电的演变规律,并进一步计算得到了放电功率、传输电荷、电子激发温度、分子转动温度和振动温度等,分析了它们随内电极直径变化的规律及机理。结果表明,氩等离子体射流放电可分为电晕放电、DBD以及射流形成3个阶段,这3个阶段可通过测得的电气特性和发光特性进行区分。内电极直径对氩射流特性的影响主要表现在射流阶段:随着电极直径逐渐减小,放电面积增加,放电变强,相应的放电电流脉冲的幅度和激发态粒子数量增加,放电功率和传输电荷也更多。内电极直径越小,分子振动温度、分子转动温度和电子激发温度也越小。分子振动温度和分子转动温度随电压幅值的增加而增大。     

纳秒脉冲表面放电等离子体影响因素的实验研究

在大气环境条件下,以环氧为介质阻挡材料,基于单极性ns脉冲电源进行了表面介质阻挡放电实验,研究了电压幅值、电极宽度、电极间距和重复频率对放电等离子体的影响。结果表明ns脉冲表面介质阻挡放电是丝状放电,放电发生在电压脉冲的上升沿阶段;放电电流主要包括两部分脉冲,与放电丝分布的均匀性有着一定的内在关系,外加电压对放电的均匀性以及产生等离子体的长度起作用;电极宽度和间距对放电电流和产生等离子体的发光强度影响不大,电极宽度和间距越小,放电丝分布越均匀,电极宽度存在一个最优值,使得激励器的放电稳定且产生等离子体相对均匀;脉冲重复频率仅对等离子体强度起作用,对放电特性的影响较复杂,不同电极参数下这些影响与放电丝的分布状态有关。     

基于响应曲面中心组合设计的介质阻挡负载特征参数分析与优化

为了充分发挥介质阻挡放电（DBD）负载的性能,以高频脉冲激励作为介质阻挡负载的激励波形,以第一次放电时的负载电流幅值作为优化目标。基于响应曲面法中心组合设计建立数学模型,分析介质阻挡层厚度、脉冲电压幅值、脉冲升降沿时间和相对介电常数4个因素对高频脉冲激励下DBD负载第一次放电时负载电流幅值的影响,优化介质阻挡负载特征参数。结果表明,对DBD负载电流的影响强度从大到小依次为介质阻挡层厚度、脉冲电压幅值、脉冲升降沿时间、相对介电常数。在本文设定条件下,负载电流幅值的最大值8.692A在脉冲升降沿时间为200ns、脉冲电压幅值为4kV、介质阻挡层厚度为1mm、相对介电常数为8时获得。     

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。     

气隙宽度对大气压氦气介质阻挡放电多脉冲特性影响的仿真研究

气隙宽度d是介质阻挡放电(DBD)的一个重要调控参数。通过一维流体模型研究d对平行板电极大气压氦气DBD多脉冲特性的影响。重点关注电流脉冲幅值Im、电流脉冲宽度l和脉冲幅值相位??等特征参数。仿真结果显示,当d从0.5mm增加至4.5mm时,Im先增大、后缓慢减小;l持续降低,并最终趋于稳定;??表现为单调增加。当d小于3mm时,放电表现为多电流脉冲(MCP)形式。进一步增加d,放电转化为单电流脉冲(SCP)形式。放电机理的分析表明,短气隙(d≤1.5mm)下的放电是汤森放电。此时,阳极附近易于形成局部的高密度空间电荷区,其自建电场与外施电场方向一致,趋向于增强气隙电压Vg,从而使某次放电熄灭后的Vg能够快速恢复到再次击穿水平。在较宽气隙(d≥2.0mm)下,放电表现为辉光放电模式。由于辉光放电贯穿整个气隙,残留的空间电荷呈近似均匀分布(即自建电场强度水平较低),导致气隙在半周期内难以再次击穿。     

不同电极结构介质阻挡放电特性比较

采用电压-电流波形测量、发光图像拍摄、光谱分析等手段研究大气压空气中刃-板电极、针-板电极和柱-板电极结构介质阻挡放电(DBD)的放电特性,并研究电压幅值、电源频率及气隙距离对放电功率和分子振动温度等放电参量的影响,结合放电理论对不同电极结构DBD的特性进行分析。结果表明：3种电极结构DBD的电压电流波形、Lissajous图形以及光谱谱线体现出不同的特点,相同条件下柱-板电极结构DBD放电强烈,消耗放电功率多,粒子谱线强度高,放电电流可达200 mA。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、电源频率的增加和气隙距离的减小,3种电极结构放电增强,放电功率和分子振动温度增加。     

不同气压下纳秒脉冲的放电特性

为了解不同气压下纳秒脉冲放电特性,利用真空舱在不同气压下采用纳秒脉冲电源对表面介质阻挡放电特性进行了实验研究,讨论了气压、电压幅值、重复频率对放电特性的影响。实验结果表明:保持气压2 200 Pa、重复频率1 000 Hz不变,电压为5.9 k V时,电流为单脉冲,随电压增加至8.5 k V时,电流转变为多脉冲形式,且电压越大,脉冲数量、振幅增大;保持气压2 200 Pa、电压6.8 k V不变,随频率增加,丝状放电放电通道数量及放电丝长度逐渐增大,重复频率为1 900 Hz时,明显出现多个丝状放电通道,由电极边缘向周围呈放射状延伸,随频率的增大,放电功率呈增加趋势;保持电压6 k V,重复频率1 000 Hz不变,气压为87 750 Pa时,电流为单脉冲,气压降低至3 650 Pa时,电流转变为多脉冲,气压越低,脉冲个数与振幅越大,随气压降低,放电亮度、放电长度、放电功率增大。     

多针-平板电极介质阻挡放电的特性及影响因素研究

通过电压-电流波形图和电压-电荷李萨育图形的测量，研究了空气中多针-平板电极介质阻挡放电特性，比较了这种放电和平板-平板电极介质阻挡放电的区别。通过实验研究了放电间隙距离、多针电极针的密度、阻挡介质材料性质对多针-平板电极介质阻挡放电放电功率的影响。实验结果表明，在相同的条件下，与平板-平板电极介质阻挡放电相比，多针-平板电极介质阻挡放电消耗较大的放电功率；放电空间消耗的功率随外加电压和介电常数的增加而增加，随气隙距离的增加而减小。