相对论热等离子体中电子声波的非线性频移

研究了相对论电磁波在热等离子体中传播时的色散特性以及由于非线性电子声波激发引起的电子声波的非线性频移。基于相对论激光在热等离子体中传播的电磁流体物理模型,采用流体的非线性频移理论,利用微扰法得到了描述相对论激光与热等离子体相互作用时谐波产生的非线性频移方程。结果表明,等离子体密度、电子温度和一阶谐波振幅是决定相对论热等离子体中非线性频移的主要因素。在弱激发下,非线性频移随着电子温度和一阶谐波振幅的增大而增大,等离子体密度抑制非线性频移。电子声波非线性频移对等离子体密度和电子温度的依赖表现出了强烈的非线性特征。研究结果为深入理解高能量激光与热等离子体相互作用中谐波的产生及引起的非线性频移提供了理论依据。

电弧热等离子体建模、仿真及应用综述

电弧现象是电气工程领域的基本问题,在该领域的研究包括电弧利用和电弧抑制2个方面,借助常规实验条件观测电弧等离子体物理状态属性较为困难,对其采用建模、计算、试验等分析手段,是优化电气结构、完善工艺过程等方面的重要依据。在综合已有电弧研究文献基础上,从建模机理及分类、数值计算方法、计算仿真软件、应用领域及测试系统等方面进行了全面的归纳与整合。首先可把电弧建模划分为外部电气特性和内部物理–化学特性两种方式,前者将电弧视为系统电路组成部分,通过数值拟合或经验值提取等方式确定模型参数后进行仿真,研究其外特性变化;后者是以流体力学、动力学、热力学、电磁学等理论为建模依据,进行电弧内部机理分析,反映了电弧流体的整体宏观属性和粒子细致微观属性的动态物理化学过程。其次,在数值计算方面,介绍了常规数值计算和数值实验的内容、区别和适用范围,对数值计算方法进行了分类汇总。从电弧模型的应用对象及应用角度,介绍了几种模型的计算过程及步骤。再次,汇总了目前常规使用的商业仿真软件,对其核心算法、特点及操作步骤进行了介绍,总结了各自适用范围和领域。最后,根据电弧的应用领域及产生电弧的背景参数,分析了所适用的建模理论依据及模型种类,并对不同应用场合下的电弧实验测试手段及平台的使用情况进行了综述。

利用热等离子体熔融垃圾焚烧飞灰

为了评价垃圾焚烧飞灰的热等离子体熔融处理效果,研究SiO2和CaO对重金属固化效果和重金属毒性浸出特性的影响.在飞灰中添加一定比例的SiO2和CaO,配置成不同的配灰样品,利用纯氩热等离子体在1 400～1 500℃下,对飞灰及配灰进行熔融玻璃化的实验研究,分别利用X射线能量色散谱仪(EDX)、场发射扫描电子显微镜(FSEM)、X射线衍射仪(XRD)和毒性浸出方法(TCLP)分析飞灰和熔渣的化学组成、微观结构、晶相组成和重金属毒性浸出特性.结果表明,热等离子体熔融所得熔渣为无定形的玻璃体,重金属浸出质量浓度均远低于毒性标准.SiO2和CaO的添加都可以改善重金属固化效果,CaO比SiO2对Cu、Zn、Cd和Pb挥发的抑制效果更好.SiO2的添加可以改善熔渣中重金属的浸出特性,而CaO的作用与之相反.

热等离子体裂解煤一步法制乙炔关键技术及过程经济性分析

热等离子体裂解煤一步法制乙炔过程为煤的直接化工利用提供了一条绿色、清洁和高效率的转化途径。基于兆瓦级热等离子体裂解煤反应器的研发,概述了已有的基础和工程研究成果,并重点从高效气固混合、结焦控制以及反应器优化与放大3个方面探讨了反应器的一些关键技术问题。从反应系统角度出发,基于对该过程的物料、能量衡算和经济效益分析结果,指出能量和物料的综合利用是该过程经济性的保证。

模拟放射性废树脂热等离子体处理系统设计及试验分析

为了解决低放射性废树脂的处理难题,提高最终废物体的减容效果和稳定性,采用等离子体高温焚烧熔融方法,将树脂中的有机成分和无机成分分别高温分解和熔融。针对废离子交换树脂,研制了等离子体高温焚烧冷实验台架,开展了模拟废物等离子体高温焚烧特性及工艺的初步研究。研究结果表明:等离子体高温焚烧技术能够彻底分解废树脂,系统减容比达到53.5,玻璃体抗压强度>74 MPa,尾气中氮氧化物质量浓度为20～300mg/m3,二氧化硫质量浓度为0～95mg/m3,达到《危险废物焚烧污染控制标准》的要求。等离子体技术可以实现低放射性废树脂减容的稳定化处理,放射性核素被包容在玻璃体中,固化体性能稳定。

热等离子体裂解天然气和煤制乙炔乙烯

The co-cracking of natural gas and coal by a 15kW nitrogen(N2 flux:2m3·h-1) thermal plasma jet was investigated experimentally.For comparing with the cracking natural gas or coal separately, the experiments were arranged as following: （1）Cracking of natural gas;（2）Cracking of coal;（3）Co-cracking of natural gas and coal.Under the same experimental conditions, especially the same power, the experiments show that co-cracking can lead to more output of acetylene and ethylene, even more than the sum of that from（1）and（2）.The analysis shows that,during the co-cracking process, the natural gas and the coal both acquire the effect of cracking separately; the surplus output may probably be resulted from the interaction of hydrogen and carbon. Here, the hydrogen is resulted from cracking of natural gas and the carbon——from cracking of coal.

热等离子体裂解煤制乙炔的研究进展

热等离子体裂解煤制乙炔过程为煤的直接化工利用提供了一条有前景的、清洁的转化途径,有望成为替代传统的电石法乙炔生产工艺的新技术。本文对等离子体煤裂解制乙炔的实验室及工业中试研究进行了评述,综述了该过程在反应体系热力学分析、实验室和工业中试规模实验研究以及产物气急冷技术等方面的研究进展,分析了该过程在工业化进程中尚存在的关键性问题,提出有待深入开展的基础研究方向。

高频感应热等离子体在微细球形粉体材料制备中的应用

高频感应热等离子体在粉体球化领域中具有独特优势。介绍了高频感应热等离子体及其在微细球形粉体材料制备中的应用。以一台30kW装置为例,简略介绍了高频热等离子体的球化过程,展示了部分自制的关键设备,其中送粉器可以实现原料粒径在0.05～50μm范围内、加料质量流量在1.00～100g/min范围内的均匀稳定供给。结合钨粉、氧化硅、氧化铝、镍粉等几种典型产品的球化,分析了热等离子体运行参数、载气量、加料质量流量等关键因素对球化过程和产品质量的影响,提出了热等离子体在球化μm级和nm级粉体时对原料的基本要求。球化μm级粉体时,密实原料的球化率>98%,球化后二氧化硅粉体的密度达到理论值的98.2%;球化后钨粉松装密度增加了19.56%,流动性提高至球化前的2倍以上。球化nm级粉体时可以采用μm级原料,疏松的原料粉体更便于球化,在20～100nm范围内的产品粒径可以通过改变冷却气体积流量进行调控。此外,针对运行成本较高的问题,提出了开发高附加值产品和有效降低热等离子体运行成本是未来发展的主要方向。

热等离子体裂解低碳烷烃制乙炔的研究进展

随着石油资源的日益耗竭,热等离子体裂解低碳烷烃制乙炔技术越来越受到重视。该技术能够有效地提高低碳烷烃的利用价值,减少环境污染。文中重点介绍了国内、外等离子体裂解甲烷/天然气和C2以上烷烃制备乙炔的研究现状,并对MW级等离子体裂解低碳烷烃制备乙炔的工艺进行了比较分析。

非热等离子体协同Mn-Ce/La/γ-Al_2O_3催化剂去除甲苯

采用自制线管式介质阻挡放电反应器,针对非热等离子体协同Mn-Ce/La/γ-Al_2O_3催化剂对低浓度甲苯的去除开展研究。研究中制备了Mn/γ-Al_2O_3、Mn-Ce/γ-Al_2O_3、Mn-La/γ-Al_2O_3催化剂,从甲苯去除率、产物O_3生成、CO_x选择性及其他副产物生成情况考察比较了空管放电、协同催化剂放电时催化降解甲苯性能,并对催化剂进行了BET、SEM、H2-TPR和ICP-OES表征研究。结果表明:稀土助剂的加入有助于提高甲苯去除率及降低程度,且La催化性能优于Ce.,当外加电压22 k V、气量6 L·min-1、甲苯初始浓度600 mg·m-3时,Mn-La/γ-Al_2O_3催化剂对甲苯去除率达到72.74%。H2-TPR结果表明,稀土助剂的加入提高了催化剂低温活性及储氧能力,添加La的效果优于Ce。催化剂有助于抑制副产物O_3生成,提高CO_2和COx选择性。

热等离子体对模拟有机低放射性废物固化处理试验分析

低水平放射性废物(LLRW)的安全有效处理是世界各国关注的一大难题,传统的水泥固化技术存在增容增重等缺点,为此采用了直流电弧等离子体处理模拟有机LLRW,并通过添加玻璃形成剂捕集和固化放射性核素。对放射性核素的捕集特性进行了研究,并表征了玻璃固化体的性能。结果表明,经热等离子体处理后得到的玻璃固化体表面非常光滑,具有无定形、蓝色、致密结构。在热等离子体高温处理条件下,温度对放射性核素的捕集影响不大;LLRW中有机氯的质量分数对Co和Cs的捕集影响显著,其含量越高越不利于Co和Cs的捕集,而对Sr捕集影响不大;在有机氯质量分数为5.45%、处理温度为1 400°C条件下,模拟放射性核素Sr、Co、Cs的捕集率分别达到了99.7%、44.5%和18.6%。

射频热等离子体制备球形氧化铝粉末的数值模拟及实验研究

研究粉末颗粒在热等离子体(ICTP)中的行为可以为射频等离子体制备球形粉末工艺过程的优化提供参考。首先,利用FLUENT软件对具有不同粒径分布的氧化铝粉末颗粒在射频热等离子体中的运动轨迹及加热历程进行了数值模拟;然后,根据模拟结果所确定的实验参数范围进行了射频热等离子体粉末球化实验,并将实验测量与数值模拟的结果相结合,研究了输入功率、送粉速率等参数的改变对具有不同粒径分布的氧化铝粉末球化效果的影响。研究结果表明:粒径较小的氧化铝粉末颗粒在飞行过程中可以从等离子体内吸收更多的热量,因此能够被充分加热至完全熔化;增加系统输入功率、降低送粉速率均能提高单位质量的颗粒从等离子体中获得的能量,从而在一定程度上提升氧化铝粉末的球化率。

热等离子体裂解天然气的研究进展

介绍等离子体的一些基本概念和热等离子体裂解天然气的原理。并阐述了热等离子体用于制备乙炔及制备纯炭 和氢气的过程和特点以及国内外的研发现状。

热等离子体技术:现状及发展方向

试图从以下４个方面对热等离子体材料加工现在以及将来的研究与发展进行评价：（１）热等离子体涂镀技术；（２）热等离子体微细粉末合成；（３）热等离子体处理废物；（４）热等离子体球化及致密化．一般来讲，由于热等离子体加工由大量参数决定，实行控制非常必要．在某些情况下，缺乏足够的控制以及经济方面的一些不利因素是热等离子体技术成长的主要障碍．但是。

煤/煤焦油/沥青质的热等离子体裂解特性比较分析

针对化石资源劣质化和大宗低价值化工中间产品的反应工程新问题,提出利用热等离子体超高温特性实现极端条件下难利用原料的高效清洁转化,重点探讨并比较了煤化工中的原煤、煤焦油和石油化工中的沥青质的热等离子体裂解特性。通过热等离子体裂解实验室小试装置考察了3种典型原料的裂解行为,结果表明,煤焦油和沥青质具有高于煤的转化率和乙炔收率;建立了基于热力学的热等离子体裂解反应过程的能量平衡分析方法,模拟计算了不同操作条件下各原料在兆瓦级中试装置上的裂解结果,给出了相同等离子体能量注入的条件下不同原料裂解过程的物流和能流关系;并进一步模拟分析了原料间混合裂解的混料配比对裂解气的影响,为热等离子体裂解过程的工业原料筛选和原料混合裂解提供了科学依据。

热等离子体超高温化学转化的过程研发和应用进展

概述了热等离子体超高温化学转化的原理、研发和应用进展。热等离子体可提供超高温反应条件,以及具有可调控的氧化、还原或惰性的气体氛围的优点,因而是一种独特的化工外场强化手段,可为劣质化石化原料以及一些工业中间产物及废弃物的清洁、高效转化提供新的技术方式,也成为现代反应工程的重要前沿领域之一。同时,热等离子体化学转化过程反应条件苛刻,是传递和反应强耦合的复杂过程,如何将热等离子独特的反应性质与物质转化需求合理结合,实现过程的清洁、高效、可控,并保证过程的经济性,是科研探索和工业实践中必须面对的问题。本文以典型热等离子体化学转化过程展开讨论,包括等离子体法乙炔、固废物处理、纳米材料制备等,展望了热等离子体技术在能源、化工、环境、材料等领域独特的发展前景。

热等离子体中Stark谱线增宽和移动的理论及实验现状

本文系统介绍了热等离子体中原子和离子辐射的谱线增宽理论和实验现状。特别是结合当前面临的“反直觉结果”(Counter IntuitiveResults) 。

不同进气方式对热等离子体应用于CH_4-CO_2重整的影响

采用大功率双阳极热等离子体装置,对CH4-CO2重整制合成气进行实验研究.实验采用两种不同的原料气输入方式:一种是使原料气(CH4和CO2的混合气体)作为等离子体放电气体全部通入第1阳极与第2阳极间的放电区,直接参与放电;另一种是保持前述状态,再附加另一部分原料气通入从等离子体发生器喷出的等离子体射流区.实验表明:第1种方式下,CH4和CO2同时具有很高的单程转化率和反应选择性,但能量转化效率较低;第2种方式下,尽管CH4和CO2单程转化率和选择性有所降低,但由于进料量增加,所得合成气摩尔量较大,因此能量转化效率高于第1种进气方式所得结果.实验还发现,保持放电电流恒定的情况下,等离子体放电电压随通入第1阳极与第2阳极间放电区的原料气流量增加而增加,与通入等离子体射流区的流量无关,同时实验未发现等离子体发生器阴极和阳极被氧化或出现碳沉积现象.

热等离子体裂解甲烷的热力学与动力学分析

应用Gibbs自由能最小法和平衡常数法分别计算了热等离子体裂解甲烷在均相体系和非均相体系中的平衡组成。采用简化的动力学模型,用特雷纳法数值模拟了不同的压力和温度下,甲烷、乙烯、乙炔、氢气和炭5种稳定物质的浓度随反应时间的演变。热力学计算结果表明:甲烷在1200K时几乎完全裂解,2500K以下时,炭黑由芳香烃中间体生成;2500～4200K时,C2H、乙炔和氢气是主要产物,炭黑由C2H2、C2H中间体生成;4200K以上时,体系中仅有炭、氢自由基,炭黑由炭自由基生成。动力学计算结果表明:2000K、100kPa,反应时间1.0ms时,甲烷已几乎全部裂解,0.1～1.0ms时,乙炔是主要产物,10.0ms以后炭黑产率接近100%。压力增加,乙炔收率下降,炭黑的收率增加,温度越高,乙炔和炭黑的生成速率越大。热力学和动力学计算表明在3500～4500K的温度范围内,5.0～10.0μs的时间范围内可同时获得较高收率的乙炔和炭黑。

放射性废物热等离子体处理熔融炉温度分布数值模拟及熔渣玻璃化配方初步研究

目前核电厂放射性废物处理工艺具有高增容性的特点,为最终废物处置带来很大的压力。针对高增容的处理现状,介绍了放射性废物减容处理技术的研究重点——热等离子体技术;通过数值模拟分析热等离子体熔融炉内的温度分布,给出固定床熔融炉关键部位的最高可能温度约为1 445℃,结合可选耐火材料探讨了炉体建造的可实现性。选取核电站3种典型的放射性技术废物进行模拟玻璃化配方实验,在限定的熔融温度条件下,得到符合我国核行业标准要求的玻璃固化体。