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。     

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。     

沿面介质阻挡放电的低压电极配置方法

沿面介质阻挡放电等离子体在臭氧生成、化工合成、流动控制等领域有着广泛的应用前景,而电极的配置对沿面放电应用效果有着重要影响。为此在石英玻璃筒上制作沿面放电等离子体发生系统,考察不同低压电极配置方法对放电特性和臭氧生成的影响,以获得沿面放电等离子体低压电极结构配置方法。研究结果表明带式电极的放电特性与臭氧生成量好于传统的面式电极,带式电极结构中,同位电极结构与异位电极结构相比,异位电极结构下的放电功率大于同位电极,其中在异位电极结构中,在电极间距为6 mm、放电电压为20 k V、气体体积流量为1 m3/h条件下,放电功率为6.5 W,臭氧生成量为34.2μg/L,高于传统的面式电极结构下的臭氧生成量50%以上,且石英玻璃筒外低压电极侧同样存在等离子体反应,产生的活性物质的量约占管内生成量的26%。     

基于Ansoft Maxwell的空气沿面介质阻挡放电仿真与研究

对空气沿面型介质阻挡放电(Surface Dielectric Barrier Discharge,SDBD)进行了仿真与研究,主要对不同介质材料、介质厚度、激励电压、电极尺寸、电极形状对放电特性的影响进行了研究.仿真结果表明:介质阻挡材料介电常数越大,越容易获得较大的电场强度;介质阻挡层越厚,获得的电场强度越小;激励电压越大,获得的电场强度越大;电极尺寸为25 mm×25 mm时获得的电场强度大于尺寸为45 mm×45 mm、35 mm×35 mm、15 mm×15 mm的;采用圆形电极获得的电场强度大于三角形电极、八边形电极、正方形电极.这对于研究空气沿面介质阻挡放电等离子体发生装置奠定了一定基础.     

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。     

基于印刷电路板的沿面型介质阻挡放电特性

沿面型介质阻挡放电(surface dielectric barrier discharge,SDBD)产生大气压低温等离子体技术在生物医学等多个领域具有广泛的应用前景。为此,设计了一种基于印刷电路板(printed circuit board,PCB)制作工艺的SDBD装置,研究了其在正弦交流电压驱动下的放电均匀性、放电模式及形态、放电功率、等离子体发射光谱等光电特性。研究结果表明:随着外施电压幅值和频率的升高,SDBD放电强度与均匀性相应增加,当电压幅值>5.2 kV时可实现宏观上稳定的均匀放电。表面放电由网状电极边沿、介质板与空气三结合点处的收缩状放电向网格内部发展为弥散状放电,外施电压正半周期内的放电强度大于负半周期,这主要是由正负放电中阻挡介质表面电荷对沿面电场抑制作用的差异造成。当SDBD施加的电压幅值在5.0～6.2 kV范围内变化时,由于电场强度和粒子间碰撞频率的增加,使得放电空间注入能量、高能电子数量以及粒子动能均增加,放电程度变强,从而使SDBD放电功率、等离子体发射光谱谱线相对强度、氮分子振动与转动温度均随着电压幅值的增加出现不同程度的升高。     

三电极脉冲沿面介质阻挡放电等离子体特性及除冰研究

风力发电机和飞机在低温潮湿环境下运行时存在表面覆冰问题，进而影响装备的正常工作，严重时甚至危害人身财产安全。已有文献发现两电极沿面介质阻挡放电(surface dielectric barrier discharge,SDBD)在除冰方面有潜在的应用前景，但仍存在温升小和效率低等问题。为有效提高SDBD表面温度和除冰效率，该文将一接地电极安装在高压电极同侧，构成三电极SDBD结构，研究三电极脉冲SDBD等离子体特性及除冰过程与效果。结果表明：在相同的放电条件下，与两电极脉冲SDBD相比，三电极脉冲SDBD在放电能量、表面温度、发射光谱强度和除冰效果等方面表现出更为优异的能力。在20kV脉冲电压作用下，13mm间隙的三电极SDBD比两电极SDBD的放电能量增加了约1.95倍，最高温度提高了8℃。数值模拟结果也进一步表明：通过脉冲快速加热，三电极SDBD温升范围广和热量空间分布均匀，在除冰方面有很大的潜力。研究结果可为脉冲放电等离子体除冰及相关应用提供参考。     

沿面介质阻挡放电装置静电场影响因素研究

以螺环型沿面放电作为研究对象,利用有限元仿真软件对沿面介质阻挡放电装置进行静电场的仿真分析,研究激励电压、高压电极线径、高压电极间距(螺距)、介质厚度及介质相对介电常数等对沿面介质阻挡放电装置静电场的影响。仿真结果表明:在气隙的同一位置,场强随电压的升高而线性增大,随线径的减小而非线性减小,随介质厚度的增加而非线性减小,随相对介电常数的增大而非线性增大。选取电极线径较小、介质厚度薄、较大相对介电常数的介质,均可以降低放电起始电压。     

用气相沿面放电生成臭氧方式降解偶氮染料废水的影响因素分析

为提高臭氧降解和脱色染料废水的效果,通过沿面放电臭氧生成-废水处理一体化反应器降解偶氮染料废水研究了供电电源类型、放电电压、放电反应器内注入的气体组分及流量、废水电导率、催化剂等因素对染料降解的影响。研究结果表明:同50Hz工频电源相比,在相同的输入功率下,高频电源降解偶氮染料效果更快;沿面放电反应器内注入的气体成分影响染料降解率,注入氧气时,甲基红降解率最高,注入氮气时,甲基红几乎没有降解;注入气体流量影响气相和液相臭氧浓度及染料废水的湍流度,进而影响甲基红的降解率;废水电导率对甲基红降解影响不大;二氧化钛添加量影响甲基红的降解,染料降解初期,适量的二氧化钛有利于甲基红的降解。     

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。     

Ozone generation in dry air using pulsed discharges with andwithout a solid dielectric layer

Energy efficient generation of ozone is very important because ozone is being used increasingly in a wide range of industrial applications. Ozonizers usually use dielectric barrier discharges and employ alternating current (ac) with consequent heat generation, which necessitates cooling. In the present study, very short duration pulsed voltage is employed resulting in reduced heating of the gas and discharge reactor. A comparison of ozone generation in dry air using a coaxial concentric electrode system with and without a solid dielectric layer is reported. Two types of dielectric layers were employed, ceramic and polyvinylchloride (pvc). The effects of peak pulsed voltage (12.5 to 62 kV), reactor length (0.1 to 1 m), pulse repetition rate (25 to 400 pulses per second, pps), gas flow rate (1.5 to 3.0 1/min) and variation of the pitch length of the spiral wire forming the central electrode (5 to 10 mm) on the concentration and production yield of ozone (g/kWh) are reported. A comparison is made between the performance of discharge reactors with (ceramic reactor Type IIC and pvc reactor Type IIP) and without (reactor Type I) a dielectric layer, using the same electrode gap separation (15 mm) and reactor lengths (0.157 and 1 m). High production yields of ozone in dry air of ~125 52 and 60 g/kWh were obtained when using, respectively ceramic, pvc, and no dielectric layer, for a fixed pulse rate of 100 pps, 15 1/min now rate and for a relatively short length of the reactor of 157 mm     

空气条件下介质阻挡放电影响因素的研究

为了解决低气压等离子体用于工业生产时存在真空系统昂贵和难以实现试品的批量处理等缺点,采用环氧树脂和聚四氟乙烯(PTFE)作为介质阻挡放电(DBD)的阻挡介质,探讨了在不同放电间距d(2-5 mm)、气压p(10-100 kPa)和外施电压U下的放电特性。结果表明,PTFE为阻挡介质,d≤3 mm时,在大气压下可利用DBD的形式产生辉光放电,当d>4 mm时,则不能得到稳定的DBD;在不同气压下,DBD稳定放电对应的电压区间范围在d为3 mm时最大;次大气压下辉光放电的特征较大气压下更明显,辉光放电更易获得,稳定放电的电压区间也更大。     

电压幅值和频率对表面介质阻挡放电与气动特性的影响

相比传统流动控制技术,表面介质阻挡放电(SDBD)具有响应速度快、体积较小、控制位置灵活、成本较低等优势,具有巨大的应用前景。本文在不同电压幅值和不同频率的条件下,分别进行SDBD实验,并利用纹影技术对SDBD诱导气流进行系统的比较分析。利用像素强度积分法拟合了SDBD诱导气流的速度分布,定性分析电压幅值和电源频率对诱导气流速度的影响。实验结果表明,SDBD消耗功率与电压幅值近似呈指数关系,而与频率近似呈线性关系;随着电压幅值和频率的增大,SDBD诱导气流的长度均先增加后趋于稳定;诱导气流纵向速度分布呈先上升后下降至零的趋势,其最大速度随着电压幅值和频率的增大而增大;不同电压幅值、频率下,诱导气流速度曲线均在距介质表面0.2mm附近达到最大值,几乎不随电压幅值和频率的变化而改变。     

丝网电极放电对涤纶纤维表面改性的效果分析

为了在介质阻挡放电进行等离子体表面改性处理时得到好的处理效果,实验研究了工频电压下大气压空气中丝网电极介质阻挡放电的放电特性及其对涤纶纤维表面改性的效果。实验中采用结构为电极-丝网-薄膜的丝网电极,在大气中产生均匀放电,研究其放电图像和电气特性及对涤纶布的表面改性效果(可以显著地提高织物的吸水性能)。通过对涤纶布吸水性衰退效应的研究表明,经大气压空气等离子体处理后的涤棉吸水性经一段时间的下降后趋于稳定,与普通电极相比,效果好而且节能,适宜于在纺织前处理中的应用。     

大气压空气中同轴介质阻挡放电微放电特性

为了更好的利用和研究介质阻挡放电技术,探讨了研究较少的同轴介质阻挡等离子体反应器的放电特性。因该类反应器2个介质阻挡层结构不一致,导致微放电行为在高频高压电源的正弦波电压的正、负半周内特点不同。研究从其放电的等效电路模型,流注放电击穿机理,以及在大气压空气中的放电实验等方面进行。结果表明,大气压下放电间隙8mm反应器时,放电电流波形在外加电源电压的正负半周期内不对称;分别呈现出明显的“似辉光放电”和“丝状放电”特点,单个微放电电流脉冲宽度约50ns,与外加电源电压极性和频率无关。     

±800kV换流变压器现场长时感应耐压带局部放电测量试验研究

鉴于±800kV换流变压器结构十分紧凑,绝缘结构比较复杂,绕组对地电容大,为适应世界第一个特高压直流输电工程——±800kV云广直流输电工程建设的需要,采用阀侧直接加压方式对±800kV换流变压器进行现场长时感应耐压带局部放电测量试验,不仅要求试验装置能提供很大的无功功率,还需试验变压器具有很高的输出电压,试验难度高。试验前,在试验频率的计算中增加了试验变压器试验无功功率的影响,并以此校核试验装置是否满足要求;试验以GB1094.3—2003《电力变压器第3部分绝缘水平、绝缘试验和外绝缘空气间隙》及DL417—1991《电力设备局部放电现场测量导则》确定加压程序和试验评价方法,直接从阀侧绕组加压。现场试验数据验证了该试验方法是正确的。该试验采用变频电源装置,具有试验设备少、接线简单等特点。     

Ozone production using pulsed dielectric barrier discharge inoxygen

The production of ozone was investigated using a dielectric barrier discharge in oxygen, and employing short-duration pulsed power. The dependence of the ozone concentration (parts per million, ppm) and ozone production yield (g(O₃)/kWh) on the peak pulsed voltage (17.5 to 57.9 kV) and the pulse repetition rate (25 to 400 pulses/s, pps) were investigated. In the present study, the following parameters were kept constant: a pressure of 1.01×10⁵ Pa, a temperature of 26±4°C a gas flow rate of 3.0 1/min and a gaseous gap length of 11 mm. A concentric coaxial cylindrical reactor was used. A spiral copper wire (1 mm in diameter) was wound on a polyvinylchloride (PVC) cylindrical configuration (26 mm in diameter) and placed centrally in a concentric coaxial electrode system with 4 mm thick PVC dielectric layer adjacent to a copper outer electrode of 58 mm in internal diameter. HV and current pulses were provided by a magnetic pulse compressor power source