等离子体反应器的改进及其与脉冲电源间的匹配

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,以模拟甲苯废气为净化对象,在线板式反应器内进行了结构改进试验.考察了线板式反应器内的电晕线间距及在反应器内引入的折流板、阻挡介质陶瓷板和催化剂对甲苯去除率的影响,分析了反应器峰值阻抗与电源的输出特性阻抗的匹配关系,为优化反应器设计及与电源匹配提供了基础数据.结果表明:反应器设计中,电晕线间距和电晕线与极板间距之比以0.8左右较好;反应器内加折流板,甲苯的去除率有所提高;负载Mn催化剂的陶瓷板阻挡反应器的去除率及能量利用率最高,陶瓷板阻挡的次之,无阻挡的最低;峰值电压增大,反应器的峰值阻抗降低,其与脉冲电源的输出特性阻抗比值β趋近1,电源的能量效率相应增大,最大可达92%.     

基于PAM控制的DBD等离子体反应器的负载特性

介质阻挡放电(DBD)等离子体反应器的负载特性与供电电源的控制方式紧密相关。笔者研究了基于直流调功(PAM)控制的DBD等离子体反应器的负载特性,考虑了高频高压放电电源的电路中的分布参数对负载特性的影响,建立了相应的等效电路模型,对负载特性进行了定量的分析,并进行了同轴介质阻挡放电的实验研究。研究结果表明,随着电源电压的逐渐升高,放电开始时刻逐渐超前于外加电源电压的过零点时刻,但该时刻始终发生于外加电源电压的上升阶段上;放电终止时刻始终发生在外加电源电压的上升率等于零的时刻;负载的等效平均电容逐渐增大,等效阻抗和谐振频率逐渐减小;放电电流和放电功率逐渐增大;放电区域逐渐增大,放电的均匀性也逐渐增加。     

脉冲放电反应器的电极结构和放电特性研究

脉冲放电等离子体化学过程广泛用于处理气态污染物的研究 ,反应器的电极结构直接关系到放电等离子体的形成和放电能量的利用效率 ,研究电极结构可为脉冲放电等离子体化学过程的应用提供参考。用线 -板式脉冲放电等离子体的电极结构 ,正极性纳秒级脉冲高压电源供电 ,研究了线 -板电极间距、放电线相邻间距、电场中放电线的分布对放电特性的影响 ,得到放电线间距和线 -板电极间距的合适比例范围 ,在该范围内流光所消耗的能量高     

氢氧等离子体合成过氧化氢过程的能效研究

为提高氢氧等离子体合成H2O2技术的能量效率,通过分析放电过程的反应器能效及电源能量注入效率,确定了影响合成总能效的主要因素。考察了反应器电极间距、电源放电频率及注入功率对反应器能效和电源能量注入效率的影响。发现减小电极间距、提高放电频率和注入功率有利于提高反应器能效,但不利于提高电源能量注入效率。本研究中可以得到150 gH2O2/kWh的反应器能效,但由于较低的电源能量注入效率,致使合成H2O2的总能效不超过9 gH2O2/kWh。因此,提高等离子体法合成H2O2过程的总能效,不仅需要设计高能效的等离子体反应器,还需为反应器负载开发适配的电源,而后者是提升该技术能量效率的关键。     

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）。     

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)。     

调制脉冲等离子体的放电特性及降解异戊烷的实验研究

为了提高放电等离子体降解VOCs的处理量,降低反应装置在放电过程中的温度,实验利用调制脉冲电源驱动多层平板式介质阻挡放电装置产生低温等离子体,考察了放电过程中的温度变化以及O_3产量,并进行了异戊烷降解的实验研究。结果表明:调制脉冲放电可以分为放电阶段和放电间歇两个阶段,放电能量主要集中在放电阶段;减小占空比有利于减少欧姆热效应,降低反应器的温度,提高O_3产生的能量效率;调制脉冲放电可以有效地利用放电阶段产生的自由基以及活性物质,在占空比20%时,能量效率可以达到9.8 g/(kWh)。     

低气压大体积等离子体发生及其电参数特性研究

低气压大体积的均匀等离子体在材料处理、催化剂的活化和再生等领域有很好的应用前景。为研究理想的低气压大体积等离子体发生装置,在自制的真空反应器中采用平行板电极,在10~100 Pa的气压下,利用脉冲宽度小于50μs、峰值电压小于3 kV、频率50~104 Hz的双极性脉冲源,发生了最大体积约为21 L的均匀等离子体。对放电时反应器的电压电流波形进行了测试,获得在不同压强的空气、氧气、氩气介质,不同的电极间距下,放电的起始电压,以及空气中等离子体功率随气体压强、电极间距、极板面积、脉冲频率及电压峰值等不同参数变化的数量关系。结果表明:在3种介质中均获得了大体积均匀等离子体,最大体积为21 L,且空气中气压50 Pa时,生成等离子体的均匀性和放电的稳定性较好;在20~100 Pa的空气中,电极间距为10~30 cm时,放电起始电压随着气压和电极间距增大而增大;放电的功率密度与极板面积无关,随气压、脉冲频率、电压的增大而增大,随电极间距的增大而减小。     

双极性脉冲激励的填充式介质阻挡放电反应器结构和电气参数优化

该文利用双极性脉冲电源激励填充床反应器。为了优化填充式介质阻挡放电反应器结构和电气参数,研究了不同电极形状、电极直径、石英管管径、填充材料(玻璃珠)粒径、脉冲成形电容等参数对反应器放电功率的影响。实验结果表明,采用螺纹棒电极的反应器放电功率高于普通棒状电极,增大电极直径或减小外部石英管的管径均能显著增加反应器的注入功率,填充玻璃珠的粒径越小越有利于反应器的能量注入。相同电压下,当脉冲成形电容从0.5增至1.5 n F,反应器的注入功率和放电电流增幅较大;当成形电容值大于1.5 n F时,反应器注入的功率和电流并没有显著提高。因此,1.5 n F是优化过的最佳脉冲成形电容值,是反应器静态电容(75 p F)的20倍。     

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。     

脉冲放电能量传输的实验研究

针对脉冲电压Up沿放电线传播发生流光电晕放电,脉冲能量注入反应器内产生活性自由基进行烟气脱硫脱硝过程中,沿线Up波形的变形及脉冲能量的衰减会影响活性自由基产生的问题,为给设计工业应用反应器的几何尺寸提供依据,研究了Up及脉冲能量沿放电线变形、衰减的特性,且研究了电压、脉冲成形电容Cp、线径d及线长l等因素对能量传输、衰减的影响。实验结果表明脉冲电压沿放电线传输时,电压波形发生衰减,随着传输距离的增大,电压波形变形严重;电压、Cp、d和l对能量衰减有一定的影响,增大电压、Cp和d,沿线脉冲能量的衰减速度增大;l越短,能量衰减越快。实验得出最佳l≤10 m。     

供电方式对介质阻挡放电-催化降解苯的影响

为研究能量注入方式对等离子体降解有机污染物的影响,分别将交流高压和双极性脉冲高压引入介质阻挡放电反应器,结合Mn催化剂对苯进行降解,研究供电方式对放电特性、苯去除率和产物选择性的影响。结果发现,与交流电源相比,脉冲电源供电下能量在极短的时间里注入到反应器内,产生瞬间大功率放电和高能活性粒子,可以实现对苯的高效降解和较高的CO2选择性。此外,相同功率下脉冲介质阻挡放电(DBD)的臭氧质量浓度更多,更有利于与Mn催化剂结合对苯进行降解。在电压为18.8kV的条件下,对苯的去除率最高可达98%,CO2转化率可达77%。     

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....     

介质阻挡放电等效电容的测量与分析

为深入理解放电机理并优化介质阻挡放电反应器设计,提高运行效率,介绍了通过Lissajous图形计算介质阻挡放电气隙等效电容Cg,电介质层等效电容Cd及负载电容的方法,通过实验研究了外加电压及气隙距离的变化对Cd、Cg和总电容C的影响。结果表明,给定介质厚度和电源频率时,随外加电压的增加,Cd逐渐增大,在相同的电压下,Cd随气隙距离的增加而减小;Cg随外加电压的增大而减小,在相同的电压下,Cg随气隙距离的增加也是减小的;C随外加电压先增大再减小,中间会达到一个最大值,相同电压下,随着气隙距离的增加,介质电容减小,而且,随着气隙距离加大,介质电容所能达到的峰值会减小。     

Experimental Study of DBD Plasma Actuator with Combination of AC and Nanosecond Pulse Voltage

In the last decade, dielectric barrier discharge (DBD) plasma actuators using a combination voltage of AC and a nanosecond pulse have been studied. The combined‐voltage‐driven plasma actuator increases the body force effect, including wall jet and flow suction, by overlapping the nanosecond pulse voltage, while the DBD plasma actuator driven by nanosecond pulses is a flow control actuator generating compression waves due to pulse heating, which makes it possible to supply an active flow control at a high‐speed flow, reported as up to Mach 0.7. In this study, a DBD plasma actuator driven by a combination voltage of sinusoidal AC and nanosecond pulse was experimentally investigated. The time‐averaged net thrust and cycle‐averaged power consumption of the actuator were characterized by using an electrical weight balance and the charge‐voltage cycle of a DBD plasma actuator, respectively. The plasma actuator thrust driven with the combination voltage showed increased thrust with increasing pulse repetition rate. The energy consumption of the actuator was controlled by varying the AC phase when the nanosecond pulse was applied. Therefore, the thrust and power consumption in the actuator were almost independently controlled by the pulse repetition rate and the pulse imposed phase.     

电容器级新型储能电介质的储电性能研究

在电容型储能脉冲功率电源中,脉冲电容器的储能密度直接影响脉冲功率电源和脉冲功率系统的小型化发展.目前,脉冲电容器的介质材料多采用双向拉伸聚丙烯薄膜(BOPP),其储能密度很难进一步提升,因此需要研究新型电容储能材料,以提高电容器的储能密度.本文以电容器用储能电介质为研究对象,对聚合物基无机纳米复合电介质(PVDF/Ti...     

大气压下氦气介质阻挡辉光放电过程的Lissajous图形分析

为研究介质阻挡放电(DBD)过程中等效电容的变化情况,利用高频高压电源,进行了大气压氦气介质阻挡单脉冲和多脉冲辉光放电试验,利用外施电压、回路电流计算得到放电Lissajous图形,并与直接测量的Lissajous图形进行了对比。确定了放电电流波峰和波谷在Lissajous图形上的对应位置,计算了放电截止和放电进行阶段气隙和介质的等效电容,分析了等效电容变化的原因,并且探讨了放电的物理过程。结果表明:计算得到的Lissajous图形与测量所得的Lissajous图形一致;介质等效电容在放电截止阶段保持不变,但在放电进行阶段随电流脉冲变化而变化,并且在电流峰值处最大;放电物理过程主要受到外施电压和介质表面电荷量的变化速率影响。     

串联谐振式介质阻挡放电型臭氧发生器等效模型及电源特性分析

为了研究稳态工作时的介质阻挡放电(DBD)型臭氧发生器的等效模型,以采用串联谐振逆变电源供电的、所产生臭氧的质量流量为1kg/h的介质阻挡放电型臭氧发生器为研究对象,通过实验数据和曲线拟合相结合的方法对臭氧发生器的等效电阻、等效电容与发生器的放电功率进行了研究。研究结果表明,稳态工作时的臭氧发生器可由与放电功率成线性关系的电阻和电容串联构成等效模型来表示。基于这一等效模型,对移相控制下的串联谐振式DBD型臭氧发生器供电电源特性进行了分析。分析结果表明,由所提出的等效模型和供电电源特性分析方法得到的结果与实验结果具有较好的一致性,可用来解决臭氧发生器供电电源设计繁琐的问题。     

改变纳秒脉冲驱动波形提高等离子体显示平板维持期光效的研究

等离子体显示平板(PDP)作为自发光显示器件存在光效低、功耗大的问题。本文提出了一种新思路,利用快脉冲驱动改善PDP单元介质阻挡放电发光强度,提高电光转化效率。驱动源主要由低压信号经隔离放大后控制快速开关管开通、关断,实现正负几百伏双极纳秒脉冲输出。PDP工作在维持驱动期稳定放电状态下,测量了照度、相对红外辐射等特性参数。给出了上升沿和脉宽引起特性参数变化的曲线,以及硬开关阶段上升沿参数的选取的实验结果分析。研究表明,快上升沿脉冲有利于PDP单元放电过程紫外光充分激发并大大降低热效应,从而显著改善PDP的光效。     

基于ZVS双管自激电路的等离子体电源设计

目前,等离子体激励电源通常以工频交流电作为供电输入,并且体积较大,与便携式等离子体发生装置不匹配,限制了等离子体技术的应用与推广。以此为研究背景,开展了便携式介质阻挡放电电源的设计与研究。该电源重量为200 g,体积为102 mm×57 mm×30 mm。电源主电路采用ZVS双管自激电路。通过电路仿真软件辅助设计主电路,并进行了实验测试。结果表明,当电源输入电压为3 ~12 V时,输出电压可达2 ~ 5 kV、输出频率可在20 ~ 30 kHz范围内变化,最大输出功率为60 W,功率重量比为300 W/kg,高于目前商品化高频高压等离子体电源。采用设计的电源能够成功激发沿面型介质阻挡放电（SDBD）等离子体发生器和悬浮电极介质阻挡放电（FE-DBD）柔性等离子体发生器产生冷等离子体,并对相关特性进行了实验研究,满足了大气压开放条件下空气介质阻挡放电工作电压2 ~ 20 kV、工作频率50 Hz ~ 1 MHz的要求,为介质阻挡放电电源的便携性提供了良好的技术支撑。