可再生能源驱动放电等离子体助推双碳目标策略与路线

实现碳达峰、碳中和对促进我国经济高质量发展至关重要。面对现有CO_(2)捕集封存(高能耗)和合成氨(高碳排)技术升级需求,发展基于可再生能源的新型CO_(2)、N_(2)等能源小分子转化利用技术势在必行。为推动等离子体能源小分子转化技术的发展,助力国家重大需求、实现碳中和目标,该文分别围绕可再生能源驱动等离子体产生、等离子体CO_(2)转化利用、等离子体固氮和合成氨、等离子体氨/大分子裂解燃烧、等离子体催化材料和催化耦合等方面,规划建议高压放电等离子体技术助推“双碳”战略目标的策略与路线,以期为实现C、H和N绿色循环提供有效的解决方案。

等离子体医学研究进展

大气压非平衡等离子体(atmospheric pressure nonequilibrium plasma,APNP)能够在产生多种活性成分的同时保持较低甚至常温的气体温度,这使得它在生物医学方面有着巨大的应用前景,因此等离子体医学成为一个备受关注的新兴研究领域。自1996年第一篇等离子体医学研究论文发表以来,等离子体医学领域取得了蓬勃的发展,但也面临着一些核心科学问题亟需解决。文中对等离子体医学的研究进展进行了综述,探讨了该领域面临的核心科学问题和等离子体的生物安全性。此外,还简要介绍了等离子体医学在微生物消杀、伤口愈合、癌症治疗、经皮给药和皮肤病治疗等重要应用方面取得的成果。对于制定等离子体医学的标准和规范、建立第三方检测平台以及共享数据库和标准装置等问题,也进行了初步的讨论。最后,对等离子体医学的未来进行了展望。

基于卷积神经网络与可视图像的类滑动放电模式识别

为了提高机器学习算法对类滑动放电模式识别的准确率,提出了一种基于卷积神经网络(convolutional neuralnetworks,CNN)与可视图像识别电晕放电、弥散放电和类滑动放电等模式的方法。通过选取气体体积流量0~16 L/min、电极间隙2~10 mm、脉冲频率0.5~3 kHz等不同条件下的类滑动放电图像构建图像库,搭建CNN模型并优化影响CNN识别性能的超参数,包括网络层数、全连接层(full connected layer,FC)神经元数、卷积核尺寸以及激活函数类型,最后比较了CNN与决策树(decision tree,DT)算法和随机森林(random decision forests,RF)算法的识别效果。结果表明,CNN识别准确率为100%,高于传统机器学习方法。此外,本文还给出了放电模式及条件参数,通过基于反向传播神经网络(back propagation neural networks,BPNN)的聚类分析算法识别弥散放电和类滑动放电,并且准确率为100%。

聚丙烯基薄膜储能的影响机制及优化策略研究进展

双向拉伸聚丙烯(BOPP)薄膜因其具有良好的绝缘、损耗低、金属化后具有自愈性能等特性而被广泛应用于薄膜电容器。目前BOPP薄膜电容器也面临单位体积内储能密度低、高温性能差等问题,无法满足设备集约化、小型化的发展趋势,亟须开展聚丙烯基薄膜储能密度提升研究。该文首先介绍了影响介质储能特性的极化与击穿机制,为改性方案的开发提供了必要理论依据。其次,仔细探讨了现有工业生产工艺所引发的多种不利因素与关键挑战,为改性方案与生产实际相结合寻找到介入点;深入挖掘了现有调控手段,如基体调控、结构设计优化以及表面修饰等,分析了无机与有机组分掺杂、“三明治”结构、功能层沉积与接枝等方案的优势和不足,并归纳了诸如量子尺寸效应调控等新颖方法。最后,从工业生产角度提出了高效率、低成本的改性方法并探讨了相应的机制,并对未来研究重点进行了总结与展望。

基于发射光谱的绝缘油中放电参数时间演化特性

为了研究绝缘油中击穿放电通道参数演化过程,搭建了绝缘油中放电发射光谱诊断平台,通过实验得到绝缘油中微秒级击穿放电过程的典型发射光谱和时间演化发射光谱,分别使用Stark展宽法和Boltzmann点法对绝缘油中放电等离子体通道的电子数密度和电子温度时间演化特性进行诊断。从绝缘油中放电击穿的典型发射光谱中可观察到H_(α)谱线、C_(2)斯旺带和电极金属原子发射谱线。对比放电电流波形与时间演化发射光谱可发现电流强度与光谱强度呈正相关。放电等离子体通道参数诊断结果表明:电子数密度在放电1~2μs时达到峰值1.12×10^(18)cm^(-3),18μs后稳定在10^(17)cm^(-3)量级;整个放电过程电子温度在7000~8200K范围内波动,总体呈上升趋势;根据参数诊断结果可判断绝缘油中放电等离子体通道处于局部热力学平衡状态。

基于原子光谱Stark展宽高压放电等离子体电子密度计算

基于原子光谱Stark展宽法是计算等离子体电子密度最主要的方法之一,然而该方法计算步骤复杂、参量繁多,常常采用简化方法进行计算。针对特定谱线的简化处理可能会显著影响电子密度的计算结果。为提升计算的准确性,该文基于非简化和细致的Stark展宽计算原理设计和开发等离子体电子密度分析方法和程序。基本思路是采用复误差函数从光谱的Voigt线型反卷积分离Gaussian展宽和Lorentzian展宽,基于谱线和环境参数计算各个展宽后分离出Stark展宽,从而获得相应条件下的电子密度。通过上述方法,计算微波等离子体射流、脉冲介质阻挡放电和脉冲火花放电的电子密度分别为10^(14)、10^(15)和10^(17) cm^(−3)量级,并选择不同谱线交叉验证发现不同放电形式时电子密度计算的准确性差异较大。通过误差分析发现温度、气压等环境参数和原子秉性对电子密度估算均有影响,而考虑范德瓦尔兹展宽可显著提升电子密度计算的准确性。

谐波环境下模块化多电平换流器子模块电容器的多场耦合分析及优化研究

金属化薄膜电容器作为柔性直流输电用换流阀的核心设备,在大谐波分量与高环境温度的复杂多物理场作用下存在异常温升、鼓包形变等问题,严重影响着电容器的使用寿命。该文建立了金属化薄膜、电容器单体与电容器整机的电-热-力多场耦合模型,分析了模块化多电平换流器子模块常见谐波环境下,电容器内部多物理场特性。发现谐波电流增强了电容器层间电场畸变与金属化层的欧姆损耗,谐波电场的叠加增大了基膜的介质损耗,综合导致了电容热点温度与内部应力值在谐波分量的增大下呈指数形式上升。为改善电容器在谐波环境下的运行稳定性,采用多目标粒子群算法对单体电容的结构参数进行了优化,得到了单体结构最优解:膜厚4.7mm,膜宽41.8mm,电容直径40.6mm。优化后电容器内部电场畸变系数、热点温度与最大应力值分别降低了23%、22%与31%。提高了电容器在谐波环境下的工作性能,对提升其运行可靠性有一定的指导意义。

肾盂成形术中手术入路及手术术式的研究进展

肾盂成形术有多种手术入路及手术术式可供术者选择,但因患者的年龄、体型、病变侧、肾积水程度、梗阻部位、梗阻长度、梗阻程度不同,适用的手术入路及手术术式也不相同。术者可根据患者实际情况及术者擅长领域选择最合理的手术入路及手术术式,对降低手术难度、提高手术成功率有重要意义。本研究将对目前肾盂成形术中手术入路及手术术式进行综述,为广大术者在术前、术中决策提供一定指导。

草产品加工及利用的生物学基础及研究进展

优质饲草是现代草食畜牧业健康、高质量发展的重要基础保障,也是维持优质、安全畜产品持续稳定生产的重要前提。草产品的精细加工、稳定贮存和高效利用是“饲草”向“畜产品”转化的关键步骤。通过系统解析饲草本底的生物学特性,贮存过程中微生物的组成、演替与代谢规律,功能微生物组调控牧草营养转化路径与利用机制,以及“微生物—发酵饲草料—草食家畜—畜产品”全生物链提质增效与安全调控机理,对于提升草产品品质与安全性、提高饲草利用率与转化率,推动我国饲草产业和草食畜牧业高质量发展,实现草食畜牧业提质增效等方面具有重要意义。

“等离子体能源转化”专刊——特邀主编述评

“双碳”目标将有力促进中国经济结构、能源结构、产业结构优化升级,培育形成绿色发展新动能,加快能源产业由“资源主导”向“技术主导”转变,以“清洁低碳+电气化”为主要特征的能源转型将持续引领新一轮工业革命。面对现有能源转化技术升级需求。

脉冲火花放电等离子体能源转化的现状和挑战

“3060双碳”目标约束下,预计2050年中国以风能、水电、太阳能为主要能源的可再生电力占比将超过60%,直接利用可再生电力制备化学品将成为重要发展趋势。基于可再生电力驱动等离子体技术的能源转化是最具可能性的潜在途径之一,多种气体放电形式的低温等离子体能源转化技术颇受关注。概述了脉冲火花放电等离子体在固氮、CO_(2)转化、CH_(4)裂解、高碳烃裂解等多种能源转化反应中的应用进展和技术难题,探讨了快脉冲放电中引导气体击穿机制、气体快速加热机制、通道膨胀效应、链式自由基化学反应等物理化学过程,并提出了利用等离子体诊断手段(条纹相机、场致激光二次谐波,激光诱导荧光、相干反斯托克斯拉曼散射等)和耦合模拟仿真方法(PIC-MCC、流体、反应动力学模型)揭示高能电子、发光图像、空间电场、关键自由基和振动态的演化过程。

脉冲等离子体驱动CO_(2)加氢制备CH_(3)OH电学参数调控对转化特性的影响

化石燃料的大量燃烧带来的CO_(2)排放导致的极端环境问题日益严重,因此,开发温和、原位的CO_(2)转化技术路线有助于实现我国“双碳”目标。为此在无催化剂条件下利用纳秒脉冲介质阻挡放电等离子体驱动CO_(2)加氢制备CH_(3)OH,主要研究了脉冲参数,即脉宽、电压幅值、脉冲上下沿对反应体系中电学特性和转化特性的影响,并讨论了其反应机理。实验结果表明,反应物转化率和产物分布与电场变化密切相关。在缺省参数设置下,随着脉宽的增大,反应物转化率不断升高,在脉宽为2500 ns时CO_(2)、H_(2)转化率分别达到最大值6.8%、3.1%;此外,脉冲上下沿的减小有利于液体产物的生成,当脉冲上升沿从500 ns减小至100 ns,总液体选择性达到最大值38.4%;当脉冲下降沿从500 ns减小至100 ns,CH_(3)OH选择性达到最大值31.8%。该研究结果为等离子体驱动CO_(2)加氢制备CH_(3)OH的转化效果优化提供了研究借鉴。

水利工程管理现代化与精细化建设研究

我国亟须高效的水利工程建设及管理,以应对工农业发展与水资源不均匀分布的挑战。鉴于此,本文探讨了水利管理现代化与精细化的必要性,明确了现代化与精细化的管理理念,并指出我国水利工程管理存在的问题,如管理制度不完善及技术落后等。本文提出的实施策略,强调建立完善管理体系,树立现代管理理念,并优化管理流程。通过科技进步与提高管理人员素质,可提升水利工程运用效率与质量,保障水资源安全,同时为公众提供更佳服务,推动水利工程全面发展。

数字孪生水库建设实践探讨——以下浒山水库为例

下浒山水库数字孪生建设以国家规范为基础,以现场的实际需要和前沿发展要求为导向,设计并建设了符合数字孪生建设要求的L2、L3级数据底板,打造下浒山水库数字化场景,探讨下浒山水库数字化场景服务业务应用,落实水库运维规范化、信息化建设,为水库管理提供决策支撑,确保水库安全运行并充分发挥效益,同时为其他水库数字孪生建设提供参考。

高压放电等离子体研究现状及发展趋势

文中概述了2022年全国高电压与放电等离子体学术会议。根据会议的学术报告,并结合近年来高压放电等离子体领域的研究热点,从特性机理研究和应用研究两方面总结和分析了高压放电等离子体的研究现状和发展趋势。其中,特性机理研究主要围绕等离子体激励源及其特性研究、等离子体诊断和等离子体数值仿真等3个方面进行展开,应用研究则主要集中在材料改性、能源转化、环境治理、生物医学和航空航天等领域。从会议相关内容来看,国内对于高压放电等离子体的研究业已取得了良好进展,特性机理研究和应用研究间彼此相互渗透、共同发展。在未来的研究中,需重点突破时空多尺度问题、等离子体剂量特性、等离子体参数精细化调控技术和面向不同工质的均匀稳定放电产生技术等共性科学问题;同时针对高压放电等离子体共性关键科学问题和特定领域应用研究开展重点攻关,建立面向实际应用的等离子体工艺技术。伴随着高压放电等离子体技术与其他研究领域间的联系日趋紧密,相信未来将有更高水平的优秀科研成果不断涌现。

纳秒脉冲液相放电耦合微气泡固氮影响因素分析

由气液等离子体放电产生的活化水富含活性氧和活性氮(NO_(2)^(-)、NO_(3)^(-)、H_(2)O_(2)、O_(3)等),在环境治理、材料合成和医疗卫生等领域有着广泛的应用前景。该文提出了一种“多微孔-同轴式”的微气泡等离子体放电结构,微孔和微气泡的引入降低了在液相中的击穿场强,并且微气泡增加了气液界面的化学反应和活性物质的溶解。以空气为放电气体,主要探究了正、负极性脉冲参数对活化水固氮特性的影响。此外,还考察了气体流速、温度等因素对活化水中的氮特性的影响,并诊断了电学特性。结果表明,正极性放电下NO_(2)^(-)产量和NO_(3)^(-)产量分别为7.2 mg、28.8 mg,相比负极性放电分别高出0.43 mg、3 mg,经计算正极性放电能量效率高达15.02 g/(kW·h)。同时研究发现,当气流流速为2 L/min时,固氮性能最佳;水温越高,氮含量会随着液相分解动力学温度的降低而减弱。

硅橡胶绝缘高压电缆附件的老化特性研究

为研究高压电缆附件绝缘在电、热和环境等多因素作用下的老化特性,文中以6种退役硅橡胶绝缘高压电缆附件样品为研究对象开展工作。采用SEM、FTIR和XRD分析了不同运行环境下样品的理化特性和微观分子结构变化,通过介电测试和表面电位衰减测试获得了样品宏观介电性能和微观电荷特性,采用拉伸实验获得了绝缘样品的力学性能数据,最后结合上述表征对电缆附件的绝缘和老化状态进行评估。结果表明硅橡胶附件老化过程中以Si-O主链降解为小分子为主,小分子物质进一步发生氧化和重结晶反应,导致分子的交联度下降和极性增强,同时微粒团簇形成应力集中点和放电通道,外在表现为力学性能下降和介电常数改变;硅橡胶绝缘表面在电、热和应力作用下出现裂纹和孔洞,分子链断裂形成低密度区,影响材料表面的陷阱密度和能级深度,宏观体现为电缆附件绝缘击穿场强和电阻率的变化。

硅橡胶绝缘裂纹缺陷的等离子体修复研究

为研究等离子体技术在电力设备绝缘缺陷修复方面的应用效果,本文开展了电缆终端硅橡胶绝缘裂纹缺陷的等离子体修复研究。在硅橡胶绝缘试样表面人工模拟划痕缺陷,以正硅酸乙酯为前驱物,氩气作为载气,通过等离子体射流平台对硅橡胶绝缘表面划痕开展修复实验,研究了等离子体处理时间对附件绝缘缺陷修复效果的影响,测量了等离子体修复前后绝缘样品的体积电阻率和沿面闪络电压。同时采用多针电极对修复前后的绝缘样品开展电晕老化实验,并对老化前后的样品表面特性进行了测量。结果表明:等离子体修复可以有效提高硅橡胶绝缘表面缺陷处的闪络电压和体积电阻率,当修复时间为4 min时,缺陷附近的绝缘特性接近完好试样;电晕老化导致绝缘分子链断裂,使绝缘缺陷处的电气性能进一步下降;经过等离子体修复后的绝缘样品,其体积电阻率、闪络电压和击穿场强在电晕老化后仍高于未修复的缺陷试样,表明等离子体修复硅橡胶绝缘样品的抗电晕老化效果较好。

皮秒脉冲激光诱导压力波法测量金属化薄膜空间电荷

金属化薄膜是重要的电容器卷绕材料,研究空间电荷效应对其绝缘性能提升至关重要。该文搭建皮秒脉冲激光诱导压力波(laser induced pressure pulse,LIPP)法空间电荷测量系统,以12和6μm厚金属化双向拉伸聚丙烯(biaxially oriented polypropylene,BOPP)薄膜为例,获得其在直流电场下的空间电荷分布。结果可知:同极性电荷量随施加电场增加,在强电场下存在非线性空间电荷效应;金属镀层一侧接负极条件非线性效应更强,但仍弱于薄膜与电极物理接触侧(非金属化一侧),后者向介质内部注入电荷明显,说明金属蒸镀较物理接触可以减弱界面电荷效应;随薄膜厚度减小,获得空间电荷峰宽度减少而峰前沿增加。所得结果证实了皮秒脉冲LIPP法测量10μm及以下金属化薄膜空间电荷分布的可行性,并为研究其空间电荷效应、绝缘性能优化提供一定参考。

无人机倾斜摄影在不动产测量中的应用分析

相比于传统人工测量,倾斜摄影测量作业质量高、效率高、成本低,能满足农房一体测量工作的需要。该文对无人机倾斜摄影技术进行研究,分析无人机倾斜摄影的测量原理和技术优势,并对新旧技术的应用情况进行对比,论证该技术的可行性。并从多方面阐述无人机倾斜摄影测量技术在不动产测量项目中的实践应用方法,包括像控点布设、航摄技术参数设置、航摄飞行和内业数据处理。旨在完善不动产无人机倾斜摄影测量技术体系,满足农房一体测量工作的需要。