均匀电场重频脉冲作用下的水中气泡击穿

均匀电场重频脉冲作用下处理室放电问题是高压脉冲电场(pulsed electric field,PEF)技术遇到的难题.目前现有水中空气泡的击穿研究无法说明这种平均电场强度较低(＜70kV/cm)的情况下的击穿现象.为了解决这一问题,设计了金属平板电极与水溶液电极间的气体击穿实验,利用等效实验研究了有水溶液电极的大气压...     

高压脉冲电场处理过程中样品特性对处理室电气击穿规律的影响

为研究高压脉冲电场(PEF)食品非热处理过程中处理室内部电气击穿问题,用蒸馏水和Na Cl水溶液为样品,重点研究了在平板、同场2种不同类型的处理室电气击穿过程中,当样品电导率分别为97、211、299μS/cm以及溶氧密度分别为7.19、8.84、9.80 mg/L时处理室内部的放电情况。研究结果表明:处理室内产生气泡的面积和数量决定了处理室放电情况;随着液体电导率增加和空气含量(溶氧密度)增大,处理室内部发生电气击穿的几率均有所提高。为减少PEF长期工作时的放电活动,建议保持处理室平均电场强度40 kV/cm,同时在PEF处理单元前加入脱气装置。     

填充床反应器中多介质球表面电场分析

理论分析计算了多介质球体系在均匀电场中介质球表面电场分布 ,典型介质球排列方式对球表面场强影响的研究结论是 :沿电场方向整齐排列的介质球表面场强最大 ;最强和最弱场强在介质球接触处 ;介电常数大小强烈影响球表面场强分布     

工业用高压脉冲电场灭菌电源研制

针对高压脉冲电场灭菌设备工业化对脉冲电源的特殊要求,提出一种采用固态开关的新型高压脉冲电源。此电源通过对传统Marx高压脉冲发生器的结构进行改进,使新型电源具有良好的电压钳位功能,解决固态开关串联对于开关开断不一致性而导致固态开关串连锁击穿的问题。此电源由8个结构相同的标准级单元组成,使用现场可编辑逻辑门阵列(FPGA)作为控制源,为8个级标准单元提供相对独立的控制信号。使用光纤隔离方式,使隔离电压不受影响,并且为每个级标准单元的绝缘栅双极型晶体管(IGBT)驱动板设计独立的供电电源。实验结果证明,此电源性能良好,能够满足工业用高压脉冲电场灭菌的需求。     

新型高压脉冲电场灭菌电源的研制

为了满足高压脉冲电场灭菌的要求,提出一种采用固态开关与半桥式Marx发生器结合的新型高压脉冲电场灭菌电源。此电源通过对经典Marx电路结构进行改进,解决了经典Marx电路直流充电电源与高压端的隔离问题,而且具有良好的电压钳位功能和负载适应能力。分析了半桥式Marx电路在阻性、容性、感性负载下的工作过程以及放电过程中固态开关未正常工作时电压钳位效果,此电源由可调直流电源、5级半桥式Marx发生器和控制保护电路三部分组成,使用现场可编程门阵列(FPGA)作为控制器产生控制信号,使用光纤隔离的方式为主回路提供控制信号。电源可输出电压幅值10 kV,每秒最大脉冲数1 000,脉冲上升时间300 ns,最大脉宽20μs的高压方波脉冲,并且重复电压幅值、频率,脉宽可调,能够满足高压脉冲灭菌实验的需求。     

高压方波脉冲电场对微生物的致死作用

研究了高压方波脉冲电场对食品中常见的腐败菌枯草芽孢杆菌 ,灰绿青霉的致死作用 ,比较了几种微生物的灭活效果 ,并以酿酒酵母为材料 ,初步探讨了杀菌机理。研究表明 :微生物的致死率随电场强度、脉宽、脉冲个数的增加而增大 ,同一灭菌条件 ,酵母菌 >大肠杆菌 >枯草芽孢杆菌 >灰绿青霉。电场作用后死亡酵母细胞表面出现凹陷 ,局部有孔洞产生。     

高压脉冲电场设备及其在食品非热处理中的应用

为较全面了解高压脉冲电场(PEF)食品非热加工技术,总结了清华大学在PEF上的开发和应用研究,对PEF技术的理论研究和工业化发展现状进行了综述.首先分析了清华大学4代高压脉冲电场系统的电源结构拓扑和性能以及处理室的结构特性,其次对相关系统在液态食品处理领域的应用研究进行了总结介绍.研究结果表明,经过近10 a的努力,清...     

脉冲电场非热杀菌效果分析

研究了高压脉冲电场(PEF)对液体食品的非热杀菌效果。杀菌实验中分别采用平板和同轴两种电极形 式处理接种了啤酒酵母和大肠杆菌的胡萝卜汁样品,通过改变脉冲电场的处理时间(即脉冲数)和电场强度,得到 了各种不同情况下两种细菌的残活率最大下降>4.5和3.5个对数,证明了杀菌效果相当可观,并比较分析了影响 杀菌效果的因素,最后初步讨论了杀菌的机理。     

脉冲电场灭菌用固态高压开关的研制

针对脉冲电场灭菌技术对开关性能的特殊要求,提出了利用IGBT串联构成高压、大容量固态开关的技术。设计并实际制造出了可供高压脉冲电场灭菌用额定电压10 k V的固态高压开关。该开关采用8个1 700 V、400 A的IGBT串联,以栅极动态RCD为基本均压方式,以FPGA为主控单元,产生8路相对独立的基准控制脉冲,其脉宽、周期、延时均可调节,且以25 ns为步进调节。通过调节各路驱动信号的相对延时,使各单元分压均匀,消除过压影响,从而在负载端得到较为理想的方波脉冲。采用光纤隔离,使隔离电压不受限制。实验结果表明,该装置性能良好,可以满足脉冲电场灭菌的实际需求。     

高压液相处理有机废水消弧触发开关的研制

为了满足高压脉冲液相放电废水处理技术需要,研制一套消弧触发放电开关装置,在绝缘转子的圆周上均布转动触头,与绝缘定子上的弹力触头,实现通-断接触,形成开关.当转速调到1000r/min时,脉冲频率为200Hz,装置运行平稳、触点通-断灵活、接触可靠;电压加载到40kV时,单触发开关旋转正常,未听到触点起弧的声音,高压脉冲在液相中放电正常,放电火花明亮、有力,实验证明是一款性能优良的触发开关     

高压脉冲放电等离子体溶液中苯酚的降解

为了满足有机物难生化降解的特殊处理要求,研究建立了多针-板电极形式的高压脉冲放电等离子体体系,以苯酚作目标物,考察该体系中影响苯酚降解的因素并分析了降解产物。结果表明,脉冲放电等离子体体系对苯酚废水的降解效果明显,苯酚降解的中间产物主要有邻苯酚二酚、对苯二酚、对苯醌和间苯二酚;在相同脉冲电压下,电极间距、曝气量和溶液的电导率等因素对苯酚降解效果有影响,溶液初始pH值影响很小;在脉冲电压20kV、脉冲频率50 Hz、电极间距15 mm、pH6.4、电导率10 mS/m、初始质量浓度100 mg/L、水样循环流量100 mL/min的实验条件下,反应体系放电60min对苯酚降解率可达86.2%。     

脉冲电场上升沿对细胞跨膜电位的影响分析

分析了电场生物效应实验和实用中脉冲电场上升沿的形成并基于经典球形单细胞模型推导出计及上升沿的脉冲电场所诱导的细胞跨膜电位的计算解析式。研究发现:脉冲电场上升沿与细胞跨膜电位峰值、波形密切相关,减少脉冲电场发生电路的电感来增大脉冲电场所诱导跨膜电位的峰值可提高电穿孔的效率。     

高压电极接地后产生电击现象的分析

分析了某公司电石分厂尾气锅炉高压静电除尘中阴极和阳极经短接和接地后,仍会产生高压电击现象的原因,并提出了解决问题的方法。     

合成回路用高压电抗器过电压分析及电场仿真

高压电抗器在合成回路中为开断电流后的断路器提供恢复电压,断路器动作导致电路参数的瞬时变化,使电路中的电流和电压波形在高压电抗器和电容元件之间产生振荡,由此产生的过电压将威胁合成回路的安全运行。笔者根据试验单位提供的合成回路及具体运行工况,利用PSCAD对其运行回路进行电路仿真,得到相应的电流和电压波形,并以此为边界条件,利用ANSYS对高压电抗器进行仿真得到空间电场强度,并提出合适的结构参数来改善电抗器局部电场分布。结果表明:电路仿真在考虑电抗器杂散电容后,电流和电压波形出现极大振荡,此时电抗器两端的电压峰值可作为仿真边界条件。由电场仿真结果可知,电场强度的分布与电抗器的结构布置和对地电位有关,并以对地电位最大的电抗器两端的电场强度最明显,且主要集中在均压环处。通过选择合适的均压环尺寸,可以有效地降低该处电场强度。     

牛肉在高压静电场作用下的干燥特性

为解决传统牛肉干燥过程的某些缺点和提高产品质量,介绍了一种新型的干燥技术即高压电场干燥技术(其特点是物料不升温,节省能源,干燥均匀等),以熟牛肉为对象在温度为20～25°C,相对湿度为(30±5)%,周围风速为0的自然环境中进行高压电场干燥试验。不同形状电极下进行干燥试验的结果表明:高压电场能够提高牛肉的干燥速度且干燥速度随电压升高而升高,针状电极下的干燥速度大于平板状电极下的。最后,根据试验结果建立了干燥模型。高压电场干燥技术将会给牛肉干制品领域里带来一种新型的干燥技术。     

ns脉冲诱导细胞内电处理机理的研究进展

脉宽为ns级、场强≥10 kV/cm的脉冲电场能够对细胞内部结构产生影响而不会导致细胞外膜穿孔,即细胞内电处理效应。尽管细胞内电处理效应的机理目前还不是很清楚,但国内外学者一致认为细胞内电处理的根本原因是ns脉冲电场在细胞内膜上诱导出的跨膜电位超过了穿孔临界值,从而导致内膜穿孔。基于以上研究详细介绍了目前关于细胞内外膜跨膜电位的计算模型、方法及仿真计算结果,探讨了细胞内电处理的机理。宽脉冲电场难以透过外膜进入细胞内部,主要作用在外膜上,导致外膜发生电穿孔。随着脉冲宽度变小,电场对内膜作用增强。当脉宽减小到ns级时,脉冲电场感应出的内膜跨膜电位比外膜大,电场主要作用于膜内细胞器,诱导内膜穿孔,细胞结构和功能改变,即进行细胞内电处理。     

特高压GIS中隔离开关的电场及参数计算

为获得1100kV气体绝缘变电站(GIS)中隔离开关的电场分布规律及相关参数,利用有限元软件对其气室进行了三维电场分析计算,得到了其内部电场强度分布和不同电极表面电场强度分布曲线。分析电场强度结果得出了隔离开关气室内电场强度较大的位置及电场强度值;分析接地开关静触头直径与边倒角尺寸对触头表面附近的电场分布影响从而降低了触头表面场强以提高耐压能力。利用参数化设计语言(APDL)和电场能量法计算电容参数得出的气室内不同位置电容与测试结果比较,两者相对误差<4%,证明利用电场能量法可以获得较为准确的分布电容值,进而为特高压GIS中快速暂态过电压(VFTO)的计算提供了比较准确的分布电容参数。     

光电集成强电场测量系统及其应用研究

为研发高性能强电场测量系统,在分析高压电场测量的特殊要求后,介绍了光电电场测量系统的基本原理、最新进展及其在高压测量领域的优势。通过对光电集成电场测量系统及传感器体系结构、关键参数的分析,研制了一种光电集成强电场传感器并测量它的输入输出特性。用研制的测量系统测量棒板间隙击穿过程冲击电场与复合绝缘子工频场,证明光电集成电场测量系统在高压测量研究领域的广阔应用前景。     

并行计算高压输电线路周围电场

实际工程应用中的大规模数值模拟需要借助于并行计算。介绍了适合并行计算的非重叠区域分解法以及并行计算的实现。为了更精确地计算,建立了500kV高压输电线路及其周围房屋的三维模型,并把该模型划分为多个(2～6)分区通过机群来分别实行并行求解。各分区内形成的线性方程组通过Krylov迭代求解器求解。结果表明通过并行计算能够精确地计算线路附近的房屋周围各点电场强度,高压输电线路周围的房屋对外界电场有一定的屏蔽作用。