线—板式脉冲电晕放电系统研究

线—板式电晕放电系统被广泛应用于大型除尘器及烟气脱硫反应器上。通过改变收集极板间距、放电极邻距及脉冲成形电容值,研究这些参数变化对高压ｎｓ级脉冲波形的影响,为设计脉冲电晕脱硫反映器内部电极结构提供了实用性实验依据。     

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。     

多针-板高压脉冲放电反应器结构优化及降解甲醛的实验研究

为了进一步提高脉冲放电能量注入效率达到有效去除有机污染物的效果,对自制多针-板高压脉冲放电反应器的电极结构配置优化进行了实验研究。通过研究不同针板间距和针针间距对脉冲功率密度的影响来优化了电极结构配置,在此基础上进一步研究了不同电参数和气体参数对脉冲放电能量注入效率和甲醛降解率的影响规律。结果表明:随着针板间距的增大,对应的脉冲功率密度随之减小,脉冲放电最大可注入的脉冲功率密度在针板间距为20 mm时达到极值;当针板间距为20 mm时,随着针针间距的增大,对应的脉冲功率随之增大,脉冲功率密度随之减小,当针针间距增大到20 mm时脉冲功率增幅已经很小,但针针间距在15~20 mm范围内时脉冲功率密度变化很小,兼顾放电稳定性和脉冲功率密度,针针间距为20 mm较优。在优化的反应器结构下进行的甲醛降解实验研究发现:当脉冲峰值电压为17 k V、脉冲重复频率为40 Hz、气体体积流量为0.3 L/min且反向进气时,该实验的甲醛降解效果达到最佳,甲醛降解率和能量注入效率分别为87.1%和3.19 g/(k W·h)。     

多针-板高压脉冲放电反应器结构优化及降解甲醛的实验研究EI北大核心CSCD

为了进一步提高脉冲放电能量注入效率达到有效去除有机污染物的效果,对自制多针-板高压脉冲放电反应器的电极结构配置优化进行了实验研究。通过研究不同针板间距和针针间距对脉冲功率密度的影响来优化了电极结构配置,在此基础上进一步研究了不同电参数和气体参数对脉冲放电能量注入效率和甲醛降解率的影响规律。结果表明：随着针板间距的增大,对应的脉冲功率密度随之减小,脉冲放电最大可注入的脉冲功率密度在针板间距为20 mm时达到极值;当针板间距为20 mm时,随着针针间距的增大,对应的脉冲功率随之增大,脉冲功率密度随之减小,当针针间距增大到20 mm时脉冲功率增幅已经很小,但针针间距在15~20 mm范围内时脉冲功率密度变化很小,兼顾放电稳定性和脉冲功率密度,针针间距为20 mm较优。在优化的反应器结构下进行的甲醛降解实验研究发现：当脉冲峰值电压为17 k V、脉冲重复频率为40 Hz、气体体积流量为0.3 L/min且反向进气时,该实验的甲醛降解效果达到最佳,甲醛降解率和能量注入效率分别为87.1%和3.19 g/（k W·h）。     

空气负电晕Trichel脉冲特性的实验研究

为得到Trichel脉冲放电的特征,采用针-板电极结构对空气中负电晕放电的特性进行了实验研究。利用示波器测试了放电电压、电流波形和脉冲频率,利用微安表测试了平均放电电流,并通过放电结构上并联电容的方法研究了外接电容对放电的影响。结果表明,空气负电晕Trichel脉冲非常稳定、规则;其脉冲频率随平均电流线性增大,针尖曲率影响频率上升的斜率,但电极间距、气压、并联电容对频率影响较小;不同放电条件下的Trichel脉冲波形基本相同,其上升沿几乎不随电流、间距、气压、针尖曲率和并联电容变化,但脉冲幅值随平均电流略有下降,同时与间距、气压、针尖曲率和并联电容等条件有关;Trichel脉冲是电晕区的特征放电,在给定电极条件下,其形成过程与平均电流(电压)、气压和外电路并联电容等无关。     

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。     

测量电容对DBD反应器放电参数的影响

为了深入探究测量电容对介质阻挡放电(dielectric barrier discharge, DBD)反应器放电的影响,利用自行设计的内外双水冷式DBD反应器串联不同的测量电容进行试验研究。设计搭建了DBD反应器放电试验系统,并结合Lissajous图形与蒙特卡罗方法分析了不同测量电容的电容值对DBD反应器放电参数的影响。研究结果表明:在相同的外加电压下,减小测量电容值会增加DBD反应器的介质等效电容和减小气隙等效电容;DBD反应器功率、单周期传输电荷、维持电压、气隙有效电场强度和气隙折合电场强度均随着测量电容值的减小而增大。不同的测量电容值会对DBD反应器的放电参数产生影响,匹配测量电容值对DBD放电参数的准确测量有重要的指导意义。     

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。     

含盐度对水中大功率脉冲放电电极的烧蚀影响

为研究不同含盐度对水中脉冲放电电极的烧蚀影响,研制了水中脉冲放电实验装置,装置分为地面电源系统、铠装电缆与脉冲放电系统,最高脉冲放电电压可达18 kV。基于实验平台开展了水中含盐度0‰、10‰和20‰条件下阳极的烧蚀程度对比,并记录了不同含盐度下的放电电压、电流波形。结果表明：当脉冲电容电压一定时,含盐度对水间隙与空气开关的能量分配有较大影响。含盐度越高,则在预击穿阶段的泄漏电流和消耗的能量就越高,导致主放电阶段释放的能量降低,形成的冲击波强度变弱;水中含盐度越高,则阳极表面的烧蚀斑点直径越小,阳极的烧蚀速率越低;采用SEM电镜观察了单个烧蚀斑点的形貌,解释了造成特殊烧蚀形貌的原因。     

不同填充材料对介质阻挡放电降解SF6的实验研究

SF6作为一种温室气体,其工业废气的回收和降解是环境领域的研究热点.该文基于双层介质阻挡放电(DBD)反应器,研究玻璃珠、γ-Al2O3颗粒填充和无填充体系下SF6的降解过程.结果表明,填充介质的加入能够改变反应器的物理参数,增加DBD放电过程的等效电容,提高放电功率.此外,两种填充介质的加入都可以有效地提高SF6的降...     

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。     

纳秒脉冲表面滑闪放电的电气和光学特性

为了研究纳秒脉冲表面滑闪放电特性,本文采用一种新型三电极结构的激励器,通过纳秒脉冲叠加负直流的混合激励模式产生表面滑闪放电。实验研究了电压脉冲分量、电压直流分量及两者的差值对纳秒脉冲表面滑闪放电特性的影响。实验结果表明,当脉冲电压幅值固定时,直流电压幅值的改变对脉冲侧电流的影响较小,但对直流源侧电流却影响显著,直流源侧电流随直流电压幅值的增加而增加,发生表面滑闪放电后峰值和速度均增加。直流电压幅值越大,直流源侧电流出现时刻越早。当直流电压幅值固定时,脉冲侧电流和直流源侧电流均随着脉冲电压幅值的增加而增加。实验中存在一个电压阈值(脉冲分量和直流分量电压差值)使纳秒脉冲表面滑闪放电发生,该阈值为22k V。此时发生表面滑闪放电,瞬时功率峰值、单脉冲能量峰值和稳态能量均迅速增加。脉冲直流电压差值相同时,脉冲分量主导脉冲侧电流的大小,直流分量主导直流源侧电流的大小,脉冲分量所占比例的大小对功率和能量损耗的影响较大。此外,利用数码相机拍摄放电图像研究了纳秒脉冲表面滑闪放电的光学特性,放电图像表明,在电极间施加合理的脉冲电压和负直流电压均可产生表面滑闪放电,实现等离子体的拉伸效果,在阻挡介质表面获得大面积的等离子体。     

水中脉冲放电电压波形特性分析

以冲击电压发生器波形和参数的计算模型为基础,研究了水中脉冲放电时的冲击放电电路模型,采用拉氏变换方法列出此电路方程,分析了电压波形特性,得出波前电阻数值越大电压波形峰值越低、上升越平缓,波前时间越长;波尾电阻数值越低则电压波形峰值越高,半峰值时间越长。同时对水中脉冲放电形成等离子体通道等效放电回路电压与电流振荡波形作了研究,放电过程中电路发生RLC振荡,电压初始值为30k V,电流峰值为1.5k A,水中放电等离子体通道电阻随时间变化,它不仅与电极间距离有关,而且与电容器的电容量C及初始电压值均有关。经过几个衰减振荡周期后,电阻值迅速增大,电流趋于零。计算和仿真相结合,有一定的参考意义。     

基于断路开关的准方波输出脉冲功率源

为了改善电感储能脉冲功率源的输出波形,提出一种基于电爆炸金属丝断路开关的准方波输出脉冲功率源。该脉冲源以脉冲电容器为初始储能源,通过脉冲形成网络对电爆炸金属丝开关放电,当电流达到峰值附近时,电爆炸金属丝开关断开,将能量切换到负载上。由于脉冲形成网络中电感电流不能突变,所以负载上能得到数倍于初始储能电容充电电压的脉冲输出;由于脉冲形成网络中电容的续流作用,所以负载上能得到准方波脉冲输出。通过理论分析和电路仿真分析,确定了脉冲形成网络的电感电容级数和爆炸丝参数。对功率源进行了实验验证,实验结果表明:在1μF初始充电电容充电32 kV时,在10Ω负载上得到电压幅值83 kV,半高宽279 ns,90%平顶172 ns左右的脉冲输出,证明了该原理的脉冲功率源可行性。     

脉冲等离子体反应器放电特性研究

脉冲放电等离子体被广泛用于气态污染物处理的研究,放电参数直接影响反应器内等离子体状态,进而影响污染物的去除效果,研究不同条件下的放电特性可为脉冲等离子体技术的应用提供参考.本文利用线板式脉冲等离子体反应器, BPFN型高压脉冲电源供电, 研究了电源电容、极板间距及介质阻挡对放电特性的影响.结果表明:增大电源电容可以有效地提高电源能量效率;增大极板间距,峰值电压VP增大,峰值电流IP减小,脉宽减小,波形更加理想;陶瓷板阻挡放电可解决间隙火花放电,使脉冲电晕放电空间分布均匀,在大范围内提高电源能量效率.     

针-板电极下针尖曲率和铝箔尺寸对放电机理的影响

为研究电力设备中不均匀电场下的气体间隙击穿现象,通过搭建局部放电ns级放电电流测试系统,研究了针-板电极下针尖曲率半径和铝箔尺寸变化对放电特性的影响。在无铝箔覆盖时,随着针尖曲率半径的增大,电流脉冲幅值增大,其上升沿、下降沿和脉宽都减小。正极性放电电流幅值大于负极性放电电流,其电流脉冲上升沿和下降沿都要小于负极性放电,这可以用流注理论很好地进行解释。随着铝箔面积的增大,电流脉冲幅值和上升沿都减小,下降沿和脉宽增大。然而负极性脉冲上升沿在铝箔直径为5mm时出现最小值。当介质表面有铝箔覆盖,针尖曲率较小时,放电情形类似于无铝箔覆盖的情况;而当针尖曲率较大时,负极性脉宽小于正极性脉宽,其电流幅值大于正极性脉冲。由此推测,在针尖曲率较大铝箔覆盖时放电机理发生了改变,产生了不同于流注放电的另一种放电。     

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。     

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。     

晶闸管Marx发生器电路及充放电特性

为满足新兴工业对中小储能功率脉冲电源日益增长的需求,设计了一种采用晶闸管作为主开关的Marx发生器,它由脉动直流电源供电,增加晶闸管组合模块就可方便地扩展级数提高输出电压,晶闸管组合模块有对负载的单向、双向和续流3种放电工作模式。该设计改进了充电拓扑电路,并给出了充电电阻及其功率的计算方法,有效地避免了负载上的预脉冲,实现了各储能电容充电电流的一致,有效地抑制了环流和提高了充电效率。变负载放电特性分析表明,感性负载时减小电感的输出能使电流脉冲幅值提高、脉宽变窄,特性曲线为设计和用户的使用提供了依据;容性负载时储能电容的实际等效参数对小容量的电容放电参数有较大影响,有必要减小回路的总电感,以获取陡前沿电压脉冲和窄电流脉冲。感性及容性负载的实验放电波形与仿真结果比较相符。所设计的Marx发生器在工业应用中既可用来产生较强脉冲磁场,又可用来产生放电等离子体。