高压脉冲循环冷却水灭菌系统的研制与实验研究

高压脉冲灭菌是一项新型的非热处理灭菌技术,其实质是利用高强度脉冲电场瞬时破坏细菌的细胞膜从而导致细菌死亡。针对细菌在其生命周期内的排泄物吸附水中杂质而产生的生物粘泥对循环冷却水系统造成的危害,设计了一套基于Marx电路的高压脉冲灭菌装置,并构建了微型的模拟循环水系统。通过电磁场仿真软件对处理腔内部电场分布进行了仿真和分析,最后利用该高压脉冲处理系统进行灭菌实验。实验结果表明:该系统的灭菌效果很好,且该高压脉冲灭菌技术有望通过进一步的研究推广应用于发电厂循环冷却水系统的灭菌阻垢中。     

大气压辉光放电向弧光放电的转化特性研究

实现稳定的大气压空气辉光放电一直是一个难题,放电极易转换成电弧,且转换时间非常短。基于针-针,针-板两种电极结构,利用MAXWELL 2D仿真软件,分析电极间的电场分布;计算了氮气、氧气所需要的击穿场强,采用脉冲电源驱动,测量放电过程的转换时间。研究显示:两种电极的电场分布和场强最大值不同;放电转化时间为几十纳秒。相同外界条件下的针-板电极比针-针电极具有更大的场强最大值,空间平均场强也比针-针电极大;1 mm间距下的针-针电极击穿时间为25 ns,针-板电极为20 ns。为研究大气压脉冲放电,以及研制纳秒级脉冲功率电源提供了一个时间参数。     

纳秒脉冲同轴结构固体绝缘介质尺寸优化分析

同轴电场沿径向分布不均匀,径向电场降落集中在内电极表面附近一定范围内.在内电极直径不变,外电极直径增加的情况下,内外电极距离大于一定阈值后,电场变化在经过一个快速减小的阶段后明显变缓;在仅仅增加内电极直径,固定内外电极距离,相应增加外电极直径的情况下,内电极直径少量增加大于一定阈值后,同轴电场变化类似地经过一个快速衰减阶段后明显趋于缓和.根据同轴电极结构内外电极间隙距离与内电极直径变化影响电场分布的阈值的存在,利用Ansys数值计算结合纳秒脉冲下同轴电场变压器油中有机玻璃和尼龙1010闪络特性的实验结果,提出同轴结构高功率脉冲功率装置绝缘结构优化概念,并且给出依据闪络距离与内电极直径变化闪络电压的经验公式.     

水份对变压器油纸绝缘沿面放电影响的探讨

本文首先研究了交、直流电压作用下,绝缘油中的水滴分别在球板电极系统这种不均匀电场及平行平板电极系统这种均匀电场中的运动状态。还探讨了在不均匀电场作用下,油纸绝缘结构中受潮的绝缘纤维纸板内部水份的运动规律。最后,试验研究了油纸绝缘结构在棒-板电极作用下,油的含水量一定时,绝缘纸板含水量的不同对油纸绝缘沿面放电起始放电电压的影响。     

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     

脉冲电场处理电厂冷却水系统微生物的研究

用脉冲电场处理冷却水系统中的微生物是切实可行的。该法不同于向水中添加杀生剂的方法 ,其基本原理是用脉冲电场处理冷却水 ,使水中的微生物在流过冷却设备时暂时失去活动能力 ,不发生沉积。由实验可知 ,对单脉冲电场来说 ,微生物的抑制时间由脉冲持续时间和脉冲电场幅值或能量密度决定。用重复频率的脉冲处理冷却水中的微生物可在较小的电场强度下获得与较大电场强度单脉冲电场相同的效果。在使用时 ,对处理池中的电极施加脉冲电场 ,可通过改变电极间距改变施加的场强值。     

基于ANSYS软件的尖-板电场分布仿真分析

为仿真电场分布特性,在ANSYS软件中构建了尖、板电极的三维模型,仿真分析不同物理结构的电极在相同环境、相同电压下尖、板电极的电场分布情况,为实验室进行气体放电实验自制电极板模型提供了参考。     

正交电场下XLPE/SIR介质界面空间电荷特性

直流电缆附件绝缘和电缆绝缘的界面同时承受着沿着电缆径向的体电场和沿电缆轴向的界面电场,这两个电场在方向上相互正交,在界面上的分布和集中使得复合绝缘界面的空间电荷特性变得复杂。采用交联聚乙烯（cross linked polyethylene,XLPE）和硅橡胶（silicone rubber,SIR）制成双层试样模拟附件结构中的复合绝缘,通过界面贴覆铝箔针-板电极（针电极为正/负）、板-板电极三种电极形式为绝缘界面提供正交电场,运用电声脉冲法（pulse electro acoustic,PEA）分别测量了体电场、正交电场作用下XLPE/SIR界面空间电荷的分布情况。结果表明,在体电场和界面电场的正交电场作用下,XLPE/SIR界面的空间电荷峰值出现明显变化：试样加压20 min后,界面贴覆针电极为负的针-板电极时,界面电荷峰值随施加电场强度的增加先增大后减小,使XLPE侧电极在较低场强下即发生注入;界面贴覆针电极为正的针-板电极时,界面电荷峰值在电场作用下减小,加剧了SIR侧的正电荷注入;在界面板-板电极作用下,界面电荷峰值变化不大,但仍有所下降。     

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。     

同轴电极下非线性绝缘介质阶跃响应仿真分析

为了验证非线性绝缘材料在非均匀电极结构下均化电场分布的内在机理,以典型非均匀电极结构(同轴电极)下填充电导率为非线性的绝缘介质所构成的绝缘结构为研究对象,采用有限元软件ElecNet仿真分析了不同幅值阶跃电压作用下非线性绝缘介质中瞬态响应的空间分布,得到的非线性绝缘介质内部空间电荷的分布揭露了非线性绝缘介质能自行均化电场的根本原因是空间电荷效应。稳态电场的计算结果表明:阶跃电压幅值越高,绝缘介质非线性程度越高,电场改善的程度越好。     

高频电磁水处理器处理腔的电磁场仿真分析及实验

处理腔是高频电磁水处理器的重要组成部件,为了确定何种处理腔结构对高频电磁阻垢除垢具有更佳的效果,利用准静态学方法对2种常见的处理腔即同轴式处理腔和螺线管式处理腔进行了电磁场分析,得到了同轴式处理腔主导场为电场、螺线管式处理腔主导场为磁场的结论;利用Ansoft Maxwell软件建立了有限元模型,仿真分析其内部的电磁场...     

高强脉冲电场处理对木瓜蛋白酶的影响

用高强脉冲电场处理木瓜蛋白酶,研究了电场强度、脉冲数目、温度、剪切效应等因素对酶活性的影响。结果表明:高强脉冲电场可致木瓜蛋白酶失活,且失活率与电场强度和脉冲数目呈正比。还原剂、温度和不同流速产生的剪切效应对酶活的影响很小。由此推论酶的失活并非活性部位半胱氨酸的氧化、电化学反应等外部因素引起而是酶的结构或活性部位的构象等内部因素在脉冲电场作用下变化的结果。     

EMP作用下的电缆耦合及屏蔽效能试验分析

介绍了三同轴法、线注入法、功率吸收钳法、混波室法等电缆屏蔽效能测试方法.进行了电磁脉冲作用下的同轴电缆和裸线耦合试验,探讨了该环境下同轴电缆屏蔽效能的测试方法.试验分析表明,电缆耦合后的波形为衰减振荡波,振荡周期正比于电缆的电长度,频谱与照射场的频谱不一致,裸线的耦合输出衰减较快.根据试验数据,采用峰值场强法计算的电缆屏蔽效能与峰值电压法的结果吻合,所以可采用峰值场强法对电缆进行电磁脉冲的屏蔽效能测试.电磁脉冲作用下的同轴电缆屏蔽效能较相当频段连续波作用下的略低.     

Inactivation of microorganisms by pulsed electric fields ofdifferent voltage waveforms

Processing foods with HV pulsed electric fields (PEF) is a new technology to inactivate microorganisms and denature enzymes with only a small increase in temperature. Introduction of this new technology will replace or complement conventional thermal processing methods. It will also provide consumers with safe, nutritious foods with fresh quality. For a given peak value of field intensity and amount of electric energy input, PEF inactivation of microorganisms is closely related to the waveform of applied pulses. Inactivation of microorganisms was studied with different waveshapes including exponential decay, oscillatory decay, square waves, and bipolar pulses. Microbial inactivation was tested in a parallel-plate static treatment chamber. Treatment field intensity ranged from 12 to 40 kV/cm while pulse length ranged from 30 to 180 μs. From the microbial test results, bipolar square-wave pulses are the most efficient in terms of microbial inactivation for commercial PEF pasteurization     

同轴结构电极边缘效应的仿真研究

同轴结构电极在高脉冲功率装置中广泛存在。利用ANSYS有限元数值计算软件包仿真计算内电极直径、闪络距离、固体介电常数等参数变化时对同轴空间电位(电场)的影响;与解析解比较,确定同轴电极边缘效应的变化趋势,得到同轴电极边缘效应不影响固体表面闪络特性的电极有效长度;给出一定内电极直径范围内的最小电极长度与内电极直径、闪络距离之间的参考关系式,对同轴电场下闪络特性的实验研究有着重要的指导意义。     

同轴电极内电极直径变化的边缘效应仿真研究

应用ANSYS数值计算软件包对同轴结构电极同轴电场的边缘效应进行较详尽的仿真研究.当内电极直径变化,保持内外电极半径差值相等,分析内电极直径变化时同轴电场边缘效应的变化,指出边缘效应沿径向呈倒U形分布,随着内电极直径的增加,不同电极空间相应位置上电场受边缘效应的影响减弱.这些结论对于固液体交接面闪络特性研究实验电极的设计具有重要的指导意义.     

A scaling law for membrane permeabilization with nanopulses

Experimental studies of plasma membrane permeabilization, caused by single, intense, submicrosecond square wave pulses, indicate that the product of electric field amplitude and pulse duration (the electrical impulse) can be considered a similarity or scaling factor. A model based on the hypothesis that the intensity of membrane permeabilization effects is linearly dependent on the electric charge transferred through the permeabilized membrane, provides results, which are consistent with the empirical observations. For multiple pulses, bioelectric effects caused by ultrashort pulses were found to scale with the square root of the pulse number. This square root dependence on the pulse number points to a statistical motion of cells between pulses with respect to the applied electric field, and can be explained using an extension of the random walk statistical results to random rotations. Besides membrane permeabilization, the scaling law has also been shown to hold for secondary bioelectric effects, which are caused by permeability changes in the plasma membrane or subcellular membranes.     

Flow electrification of transformer oil effects of mixed fields

Static electrification in transformer oil is investigated experimentally using a laboratory synthetic closed cycle, where the oil is pumped in a coaxial electrode arrangement. The electrode system is electrically energized radially with dc and/or ac, and the electrostatic charging tendency (ECT) of the oil is quantified by measuring the streaming current. The results indicate that for the same voltage ratio (K=Vˆ/(Vˆ+V)), increasing the ac or the dc voltage component leads to higher ECT of oil, although the ECT under only ac field is much lower than that under dc field. The unenergized streaming current is inherently affected by the electrode material and configuration; where electrodes having a lower work function give higher positive ECT of oil at high temperature. The energized streaming current increases with oil temperature, oil velocity and electric field; where negative dc voltage application to the outer electrode gives both higher conduction and streaming currents. While the conduction current decreases with oil velocity, increasing the frequency of mixed ac voltage has no significant effect on streaming current. Moreover, the effect of combined radial electric (ac or dc) and axial magnetic (ac or dc) fields on ECT of oil is investigated, and the results reveal that the ECT is enhanced by the magnetic field while the radial conduction current decreases. Derived formulas for the streaming current for unenergized and ac energized cases are also presented together with expressions of the volume and surface charge densities for the coaxial electrode system     

同轴电极的负电晕特里切尔脉冲特性分析

利用流体动力学模型,对大气压条件下空气间隙的同轴电极结构进行了负极性电晕放电特性研究,获得了一组规则的特里切尔脉冲。除第一个脉冲外,其他脉冲的幅值均在1.5~2.5 m A。然后,对第一个脉冲(称为第一脉冲)不同发展阶段的空间电场分布和粒子密度分布进行了描述,并讨论了第一脉冲与第二脉冲之间的死区时间内不同时刻负离子密度的变化过程及其对阴极表面电场的影响作用,最后,对第二脉冲发展前后空间电场分布、电子密度分布和负离子密度分布及其变化规律进行了进一步的描述。仿真表明,随着负离子在电场力的作用下逐渐向外迁移,导线表面电场强度开始恢复,但其恢复速度在负离子远离导线的过程中逐渐变缓。同时,当导线表面电场强度恢复至低于初始拉普拉斯场强的某一特定值时,新的脉冲就开始发生,第二脉冲发生时空间电场、电子密度及负离子密度的最大值均小于第一脉冲。