单介质与双介质结构介质阻挡放电水处理性能的比较

为研究不同结构介质阻挡放电(DBD)在水处理中的特性,首先搭建了可实现单介质阻挡放电和双介质阻挡放电的实验平台。实验结果表明,相同实验条件下若要得到相似的放电功率,则双介质阻挡放电所需的电压远高于单介质阻挡放电;2种结构下所得的放电电压电流波形以及Lissajous图的形状均有一定的相似性,但等效电容等参数的不同使它们也存在一定的差别。然后在2种结构下以相近的放电功率,对质量浓度为100mg/L的碱性品红溶液进行了处理。通过对各自脱色率的对比分析发现,介质层数对脱色效果影响不大;通过对2种情况下的pH值和化学需氧量(COD)的对比分析说明,2种结构下发生的化学反应也是相似的,并且最终都达到了去除有机污染物的目的。通过对不同结构介质阻挡放电在水处理中的特性的实验研究和优劣分析,完善了介质阻挡放电处理污水的相关理论,可以为设计、优化介质阻挡放电水处理装置提供参考。     

气液两相介质阻挡放电的等效电路模型

针对目前对介质阻挡放电的电气模型研究主要集中在气相放电,对气液两相介质阻挡放电研究较少的问题,搭建了相应的实验装置,对气液两相介质阻挡放电的外加电压、放电时间等外部实验参数,与放电电流、放电功率等内部放电参数间的关系进行了研究。通过测量不同气液比下放电功率随时间的变化趋势,利用数值分析的方法对实验数据进行分析,提出了一种可反应液体参数及放电时间对放电效果影响的仿真模型,该模型以微放电为主要放电形式,其微放电电流值为时间的函数。最后,将提出的模型在MATLAB中进行仿真验证,并在气液体积比1:1、放电电压峰值24 kV时将仿真与实验结果进行了对比。研究发现:随着放电的进行,仿真放电电流值有了较大的增长,其变化趋势与实验所反应的电流变化趋势一致;同时,仿真功率值与实测值误差2%,说明该仿真模型可以很好地模拟实际的放电发展过程。     

介质阻挡放电冷电弧脱色的研究

根据介质阻挡放电(DBD)产生冷电弧(CPs)的原理,设计制作了“气包液流面型”CPs水处理装置(有效放电空间尺寸为690mm×60mm×10mm),并将其用于对靛蓝胭脂红(IC)溶液的脱色研究。考察外加电压、反应时间、初始浓度、pH值和盐浓度等参数对IC溶液脱色率影响的结果表明:初始浓度c0(IC)=50μmol/L的IC溶液,在外加30 kV交流电压和液体流量为80ml/min条件下经CPs装置反应71s后,其脱色率>96%;溶液脱色率随着外加电压的升高和反应时间的增加而升高,随着c0(IC)的升高和溶液ρ(NaCl)的增大而减少;IC溶液在酸性下的脱色效果最佳,中性次之,而碱性下效果最差;经该CPs装置处理后,IC溶液的pH值逐渐降低。用半衰期法得出IC溶液在冷电弧作用下的反应级数为一级,反应速率常数为0.0469s-1。     

丝网辅助气液两相体介质阻挡放电及在水处理中的应用

为了研究利用介质阻挡放电进行废水处理,提出了一种新的板-板放电水处理装置—丝网辅助气液两相体介质阻挡放电。丝网的加入,使得放电沿丝网周期性发生,从而使放电比较均匀地分布在放电间隙中,在较大面积(900 cm2)上实现了放电。实验结果表明,在全区域放电情况下,随着频率的降低,放电电流脉冲明显增多,放电功率明显增大。通过靛蓝模拟废水处理,发现放电2 min脱色效果最明显;试样的pH值也从中性变到酸性,有机酸的生成说明染料大分子被破坏。这为利用介质阻挡放电进行工业废水处理提供了一种新途径,由于其特殊的两相体形式,还可用于气处理。     

介质阻挡放电和介质阻挡电晕放电的特性比较

研究了平板-平板电极和线-管电极两种电极结构的放电特性,通过测量电压-电流波形图及放电发光图比较了它们的区别,并从放电机理角度对试验结果做出了解释。结果表明,平板-平板电极介质阻挡放电表现为微放电脉冲形式,而线-管电极结构介质阻挡电晕放电由于线电极的电晕效应,使得放电更为稳定。     

介质阻挡放电和介质阻挡电晕放电的特性比较

研究了平板-平板电极和线-管电极两种电极结构的放电特性,通过测量电压-电流波形图及放电发光图比较了它们的区别,并从放电机理角度对试验结果做出了解释。结果表明,平板-平板电极介质阻挡放电表现为微放电脉冲形式,而线-管电极结构介质阻挡电晕放电由于线电极的电晕效应,使得放电更为稳定。     

介质阻挡放电影响因素分析

对影响介质阻挡放电的因素加以研究,可以在实际应用中优化反应器设计,提高放电效率。通过在实验室建立的放电装置研究了外加电压幅值、气体间隙距离及作为阻挡层的介质材料性质对介质阻挡放电的影响。对试验结果的分析,为获得较大功率的介质阻挡放电提供了实验基础。     

管状电极介质阻挡放电和介质阻挡电晕放电的研究

实验研究和比较了管-管电极DBD和线-管电极 DBCD的放电特性,并从放电机理角度分析了它们放电特性不同的原因。电压-电流波形图、电压-电荷李萨育图形测量和发光图像拍摄的结果表明:线-管电极DBCD相对均匀、稳定,不同于管-管电极DBD明显的丝状流注放电的形式; 在相同的外加电压下,线-管电极DBCD比管-管电极DBD 具有更高的能量效率。     

影响介质阻挡放电的因素

针对影响介质阻挡放电的因素较多,理论还不完全成熟的现状,通过试验研究了影响介质阻挡放电的部分因素,如施加电压的幅值、极板间气隙的间距、不同介电常数的阻挡介质、不同厚度的同一种介质、网眼大小不同的丝网、不同结构形式的极板结构。试验发现电极结构以及阻挡介质的材料对放电影响较大,采用针板电极及电阻率高的阻挡介质容易形成稳定的放电。该研究可供下一步进行其它影响因素的试验和理论研究及应用参考。     

介质阻挡电晕放电特性的测量与仿真

通过实验和分析Lissajous图形,研究了线管结构的介质阻挡电晕放电,给出了放电功率及等效电容值,采用PSPICE软件对放电等效电路仿真,分析并比较了实测电流和仿真波形。研究表明,随外施电压上升,放电分别出现电晕放电以及稳定阻挡放电,放电功率密度可达数百mW/cm3。     

不同介质下纳秒脉冲介质阻挡放电特性对比

介质阻挡材料是影响介质阻挡放电的一个重要因素。为此,采用聚四氟乙烯、K9玻璃和环氧分别作为介质阻挡材料,研究了介质阻挡层厚度、气隙距离、施加脉冲电压幅值、重复频率对放电特性的影响,并对结果进行了对比分析。实验结果表明,阻挡材料的介电常数越大,越容易产生强烈的放电;玻璃为阻挡介质时,能够保持均匀放电的允许介质厚度范围最大,但漏电也最为严重;聚四氟乙烯为阻挡介质时,能够保持均匀放电的允许频率范围最大;环氧为阻挡介质时,能够保持均匀放电的允许电压范围最大。     

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。     

大气压下影响介质阻挡放电的因素分析

为了在实际中优化反应器设计,提高放电效率,对影响介质阻挡放电的因素加以研究。通过实验室建立的放电装置研究了介质材料厚度和外加电压对放电特性的影响以及外加电压和放电气隙对介质等效电容的影响。研究表明:选择介电常数较大、较薄的介质及提高外加电压可以获得较大功率的放电,同时,随外加电压的增加,气隙距离的减小介质等效电容是增大的。     

氖气介质阻挡放电中斑图放电与均匀放电模式的转化

为了找到控制非均匀放电向均匀放电转化的条件,采用楔形气隙研究了氖气介质阻挡放电(DBD)中均匀放电和斑图放电模式之间的转化条件。实验发现,随着气隙距离的增大,放电由斑图放电逐渐向均匀放电过渡。对其放电特性的研究结果表明,在相同的气压和气隙距离下,外加电压的增加将导致均匀放电向斑图放电转变;在相同的外加电压和气隙距离下,气压的升高将导致斑图放电向均匀放电转化。经过分析发现这种转化现象的本质与电场强度E与气压p的比值E/p有关,即在一定的气隙距离下,E/p的增加将导致均匀放电向斑图放电转变。实验结果对空气大气压均匀辉光放电的产生具有一定的参考价值。     

介质阻挡放电系统中谐振问题的研究

为了解决介质阻挡放电 (DBD)反应器放电性能随激励频率提高反而下降的问题 ,采用电荷电压测量等方法对DBD系统主要放电参量的变化规律进行了实验研究。结果表明 :由激励变压器漏感与电介质层等效电容引起的系统谐振是造成这一问题的主要原因。DBD系统谐振不但能引起放电间隙等效电压、电介质层等效电压、放电间隙等效电阻等放电参量的异常变化 ,降低DBD反应器放电性能 ,而且会对激励变压器与DBD反应器中电介质层的绝缘产生危害 ,影响DBD系统工作稳定性。减小激励电源漏感与合理分布DBD电介质层等效电容是解决DBD谐振问题的有效措施。     

介质阻挡放电和介质阻挡电晕放电灭菌效果的试验研究

应用介质阻挡放电(DBD)和介质阻挡电晕放电 (DBCD)产生的低温等离子体,对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌进行杀灭试验的结果发现,在90s内DBD和DBCD都对金黄色葡萄球菌和大肠杆菌的杀灭对数值KL达到了5。 DBCD使两种菌株减少的速度大于DBD。DBD和DBCD都使大肠杆菌减少的速度大于金黄色葡萄球菌。     

基于Lissajous图形研究大气压氦气介质阻挡放电

利用高频高压电源,进行大气压氦气介质阻挡放电试验,测量了辉光和多脉冲辉光放电的Lissajous图形,分析各段图形代表的放电过程。研究表明:介质阻挡高频放电的Lissajous图形由外电压向气隙、介质充电的直线部分和气隙放电的曲线部分交替出现组成;交替(气隙放电)的次数取决于外加电压的幅值;随着直线出现次序加大,直线斜率逐渐增大;随着放电次数增加,曲线电荷阶跃百分比减小;随着外电压幅值增加,起始放电电压减小,甚至其极性发生改变。     

大气压氮气介质阻挡均匀放电

为了比较深入地了解大气压氮气介质阻挡均匀放电的产生条件、放电属性和形成机理等,主要根据作者近期的实验结果,并结合一些他人的研究成果,对该均匀放电进行了综述。结果表明：即使在气流的帮助下,大气压氮气介质阻挡均匀放电也只能在≤3mm的短气隙内产生,它属于汤森放电,并且以一种反常的方式熄灭,即放电在气隙电压上升过程中熄灭;阻...     

大气压氖气介质阻挡放电研究

为了加深对大气压氖气介质阻挡放电特性的认识,使用电特性测量、高速摄影的手段研究了平板结构大气压氖气介质阻挡放电的击穿电压、放电模式及其演化过程等。实验结果表明,在2～8mm大气压氖气中可很容易地实现均匀放电,并且其放电模式为辉光放电。相比同样条件下的氦气放电,氖气放电的电流密度略小、电流脉冲的半高宽较大。同时测量并比较...     

大气压介质阻挡辉光放电等效电容及对放电参数的影响

等效电容是研究大气压介质阻挡放电的基本参数。按定义式计算电容值由于没有考虑杂散电容以及外加电压参数的影响,用于计算介质阻挡放电参数不够准确。丝状放电规则的平行四边形Lissajous图,在一定假设条件下可计算介质阻挡放电的等效电容,但大气压辉光放电是不规则平行四边形。此外,计算放电参数必须用同一电压下的回路电流和等效电容,但是测量回路电流就无法同时测量Lissajous图形。为此,基于大气压氦气介质阻挡辉光放电试验测量的外加电压和回路电流,提出了该外加电压下Lissajous图形的计算方法。基于该图形,提出了大气压辉光放电时等效电容计算方法:简化法和分段法。根据计算结果,研究了等效电容对计算放电参数的影响。研究结果表明,计算法得到的Lissajous图形反映了放电过程;简化法比定义计算法得到的等效电容用于计算放电参数更接近真实放电过程,而分段法可用于探讨放电过程中瞬态等效电容的变化;等效电容对计算放电电压和电流影响很大。