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%。     

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。     

负直流电晕诱发低压电极多孔绝缘层微放电的参数优化

为提高放电等离子体强度并提升VOCs的降解效率,采用线—板型放电装置,在低压电极表面涂敷多孔绝缘材料,利用负直流电晕放电诱发低压电极多孔绝缘材料微放电发生,通过考察绝缘层电阻率、薄膜厚度、孔数、孔径等参数对放电伏安特性和生成臭氧浓度的影响,对负直流电晕放电诱发低压电极微孔放电体系的实验参数进行优化。实验结果表明:与采用裸片电极相比,在低压电极覆多孔绝缘材料能有效提高等离子体强度,在所研究的材料中以多孔聚四氟乙烯对放电等离子体强度的提高效果最好。增加绝缘层孔数、降低膜厚、减小孔径均能显著提高放电等离子体强度;在聚四氟乙烯厚度为50μm、孔数为50、孔径为10μm条件下,电压为12 kV时放电电流可达到1 296μA,生成臭氧体积质量为3.11 mg/L,比采用裸片电极时分别提高了4.5倍和2.2倍;低压电极覆多孔聚四氟乙烯产生微放电能有效提高甲苯降解率,电压为13 kV时,甲苯降解率为58%,比采用裸片电极时提高了31%。     

高压电极构型对DBD装置放电特性及臭氧生成的影响

大气压介质阻挡放电(DBD)等离子体被广泛研究用于生物灭菌、材料表面改性、污染物净化处理等,而DBD装置的电极结构影响等离子体生成特性及其应用效果。为此,研究了不同高压电极构型(阵列针电极、网电极、平板电极)对DBD装置的放电特性、臭氧生成特性的影响。结果表明:网孔尺寸影响网电极的电流脉冲幅值、丝状电流脉冲数目和放电功率,网孔尺寸为0.2 mm×0.2 mm的网电极放电时的丝状电流脉冲数目大、电流脉冲幅值高,而网孔尺寸为0.5 mm×0.5 mm的网电极放电时的放电功率大;平板电极放电时的电流脉冲幅值高于网电极(网孔尺寸为0.5 mm×0.5 mm)和阵列针电极放电时的电流脉冲幅值,而平板电极的放电功率与网电极的放电功率相差不大,但远大于阵列针电极的放电功率;不同网孔尺寸的网电极放电时,在相同电压下,网孔尺寸为0.5 mm×0.5 mm的网电极放电时生成的臭氧质量浓度最高,且其生成的臭氧质量浓度和生成臭氧的能量效率均高于平板电极和阵列针电极。     

两种电极结构等离子体发生器的静态电场计算

鉴于高气压下的沿面介质阻挡放电发生器在工业应用以及等离子体电磁屏蔽技术领域的重要应用前景,在梳状电极结构的沿面介质阻挡放电发生器基础上设计了两种电极结构的等离子体发生器,并通过边界元方法得到两种结构类型沿面放电发生器的静态场强分布。从计算结果来看,相比较于梳状电极结构的沿面放电发生器,改进后的放电发生器在空间的分布更有利于在高气压下产生较厚的等离子体层。实验结果表明:这两种结构形式的发生器放电效果明显优于梳状电极结构的发生器。     

介质阻挡放电等离子体射流装置的实验研究

基于介质阻挡放电的形式,设计并制作了两种等离子体射流装置:一种内电极裸露;另一种内电极覆盖有石英玻璃。笔者对两种不同电极等离子体射流装置的特性进行了测量。在中频正弦电源通入Ar的情况下,测量了放电的李萨如(Lissajous)图、放电的图像和放电的光谱图;并且分别由放电的Lissajous图和光谱图,计算得到了放电的功率和电子激发温度。实验结果表明:在外施电压保持不变的情况下,气流对于放电的功率和电子的温度几乎没有影响;通过对比两种射流装置的电学和光学特性发现,与内电极覆盖有石英玻璃的等离子体射流装置相比,内电极裸露的情况下,其放电的功率和电子激发温度均比较大。     

电极结构对多孔陶瓷孔内微放电特性及苯降解的影响

微放电可在小的空间中产生高密度等离子体,有利于气体污染物的高效处理。该文研究了电极结构及电极形状对多孔陶瓷孔内微放电特性及苯降解的影响。结果表明：在相同外加电压条件下,与二电极结构相比,三电极结构可生成更多的丝状放电通道,峰-峰电荷Qpk-pk提高了3.2倍,放电电荷Qd提高了4.4倍,放电功率从0.8W提高到8.6W,苯降解效率提高了35.1%;网高压电极结构相比于弹簧电极,能够增加有效放电面积并增强放电强度,放电功率相较于弹簧电极构型提高约4W,丝状放电通道能够充满放电空间,显著提高苯降解效率。     

大气压放电氦气等离子体射流特性

为研究大气压下不同氦气等离子体射流结构的电特性及其射流影响因素,对外表面双电极、针-环电极、单电极结构下的大气压放电氦气等离子体射流特性进行了实验分析。分别观测、对比了不同实验条件,如电极位置、电极尺寸、外加电压和气体体积流量等,对等离子体射流的影响。结果表明:外表面双电极和针-环电极结构均可实现稳定的多脉冲放电;处于层流状态时,3种结构下等离子体射流长度均随着电压的升高而变长;当针-环电极结构的接地电极远离喷口,或是单电极结构的高压电极远离喷口时,射流长度均会缩短;外表面双电极和单电极结构中,高压电极宽度的增大会使射流长度变长,但针-环结构中电极宽度增大反而会导致射流长度缩短;针-环电极结构的伏安曲线、功率特性曲线均比外表面双电极结构的对应曲线"陡",且针-环电极结构的放电功率相对较高。     

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。     

沿面型介质阻挡放电中高压电极配置对放电特性及臭氧产量的影响

为了提高沿面型介质阻挡放电反应器的放电性能及臭氧产量,以螺环型沿面放电作为研究对象,探讨了不同外加条件、电极结构对沿面放电功率和臭氧产量的影响,并通过分析不同条件下的Lissajous图形探讨了各项因素的影响程度。实验测试了5种不同管径d的反应器,其d分别为7.5、16.7、24.7、35.0、56.0 mm。实验结果表明:外加电压U相同时,采用50 Hz工频电源,管径d为56.0 mm时的放电功率P最大为43.3 W,臭氧产量Q也达到最大值753.0 mg/h;而单位体积的放电功率PV及单位体积的臭氧产量QV的考察结果与之相反,在d为7.5mm时取得最大值;单位功率臭氧产量QW则是在d为16.7 mm时存在一个最佳值;随着高压弹簧电极线径l和螺距s的增大,相应的P和Q也有不同程度的增加,但其影响都不是单方面的;沿面放电中d是对P和Q影响最大的因素,壁厚d′次之,l与s影响最小。Lissajous图形的分析结果也表明:d的变化对气隙等效电容有更大的影响,因此其对P的影响也最大。