基于Mie散射在线测量真空弧放电液滴方法探索

金属液滴是真空弧放电的伴随产物,它对理解阴极斑放电性质具有重要作用,而且对工程应用也有重要影响.金属液滴的测量一般采用离线的收集法,不能获得全部空间和单次放电信息.本文提出了一种通过Mie散射在线测量真空弧放电液滴的新方法,并对它的可行性进行了探索研究.首先通过仿真程序计算了钛金属液滴的散射光性质,结果表明小直径颗粒散射光在全部角度上均有分布,随着直径增加,散射光越来越集中在前向,这为不同直径液滴信号的反演提供了可能.接着对探测器进行了分环设计,当探测器分为35环时,光能系数矩阵容易求解,同时保证测量系统具有良好的分辨率.初步实验结果表明,钛金属液滴直径主要分布在9.8μm附近,验证了Mie散射测量真空弧液滴方法的有效性.但液滴直径分布和离线测量有较大差异,缺少小直径液滴信息,主要原因来源于测量系统信噪比不够,不能有效地获得小直径液滴散射信号,还需要进一步优化.

滑动弧放电转化CO_(2)的影响因素

滑动弧放电装置结构简易、便于组装和拆卸,启停灵活,在CO_(2)转化领域被广泛关注,提升CO_(2)转化率是目前研究的重要方向。搭建了平面刀片式滑动弧反应装置,利用调制脉冲电源驱动滑动弧放电,研究反应器结构参数和气相参数对CO_(2)转化的影响。结果表明:延长电极长度、减小喷嘴直径和反应罩侧部出气能够促进CO_(2)转化;在电极长10 cm、喷嘴直径和电极间距均为2.5 mm、反应罩侧部出口条件下,CO_(2)转化能量效率达到52.8%;Ar和N_(2)能够与放电等离子体中高能电子碰撞产生亚稳态粒子,CO_(2)分子与亚稳态粒子碰撞发生解离提升CO_(2)转化率。研究了反应体系中分别添加Ar和N_(2)时CO_(2)的转化效果。结果表明,分别添加Ar和N_(2)体积分数达到90%时,CO_(2)转化率分别是单一CO_(2)转化率的2.55倍和3.05倍。

利用滑动弧放电脱除烟气中多环芳烃和碳黑颗粒

由于PAH和碳黑颗粒对环境和人体健康的危害已经引起各国的重视,成为国内外学者的研究重点。从PAH和碳黑颗粒的控制方法来看,低温等离子体法可以同时脱除这两种污染物。该文用管式沉降炉焚烧聚乙烯(PE)和聚氯乙烯(PVC)生成含有多环芳烃和碳黑颗粒的烟气,研究了利用滑动弧放电同时脱除烟气中多环芳烃(PAH)和炭黑颗粒的方法。研究发现:降低烟气温度有利于PAH和碳黑颗粒的脱除;PAH最高脱除率达到74.4722%,碳黑颗粒最高脱除率为89.391%。实验结果表明,此项技术可有效同时脱出PAH和碳黑颗粒。

工艺参数对阳极弧放电等离子体制备镍纳米粉的影响

在Ar惰性保护气氛中,采用阳极弧放电等离子方法用自行研制的装置制备出了高纯Ni纳米粉末。研究了在制备过程中电弧电流、气体压力等工艺参数对纳米粉产率及粒度的影响。利用XRD、TEM对制得的样品的形貌、晶体结构、粒度及其分布进行测定。结果表明,适当控制某些工艺参数就能制取粒径范围在20 nm^100 nm的纳米粉,在其它工艺参数不变条件下,气压升高或电弧电流增大,都会使粒度增大,产率提高。

新型滑动弧放电等离子体的特性

目前研究人员对滑动弧放电的应用和纯气流推动的滑动弧放电等离子体的理论分析及计算方面研究较多,而对气液滑动弧放电的理论分析及计算方面则研究甚少。为此,对新型气液滑动弧放电进行了电信号测量和图像测量。在半个周期10ms内,电弧电压随时间呈锯齿状变化;高速摄影照片观察发现单个电弧由电弧核心区和外延电晕区组成,电弧核心区直径<2.5mm。根据电参数、图像分析结果及Elenbass-Heller方程,建立了交流等离子体通道理论模型,通过该模型可求出气液等离子体电弧的电场强度、电子密度和沿轴线的温度等参数。

气液两相流滑动弧放电降解苯酚废水

研究了多种因素对气液两相流滑动弧放电降解苯酚废水效果的影响,提高放电电压可提高苯酚的降解效果,在电极间最窄处距离等于3mm时,200mg/L苯酚废水达到最大降解率96%。提高或降低废水的批批pH值及采用氧气作为载气均可提高废水中苯酚的降解效果。

LY12合金表面微弧放电沉积陶瓷膜的抗磨损性

利用等离子体微弧放电沉积方法在LY12铝合金表面获得230μm厚的陶瓷膜,并测量不同膜深度及磨损时间下摩擦学特性.结果表明,LY12合金经微弧氧化表面处理后抗磨损性能提高了3个数量级.该陶瓷膜与碳化钨球干摩擦条件下,磨损率最小可达3·29×10-7mm3·N-1·m-1.摩擦过程中,部分碳化钨转移到氧化膜上,呈现粘着磨损特征,降低了磨损率.

气液滑动弧放电降解4-氯酚溶液的研究

用10kV高压产生直接与废水接触的气液滑动弧放电非平衡等离子体降解水中4-氯酚。实验研究表明:由于液滴的存在改变了电极间的介电常数和局部电场,气液滑动弧放电的电压波形比纯气流滑动弧放电更加不规则,起弧电压更低:从溶液COD降解效果来看,当不锈钢作为电极材料时, 4-氯酚降解效果比铝和铜电极材料好;当空气作为载气时,经过76min的等离子体处理,溶液的COD值由1679.2mg／L降到190mg／L,相当于COD降解率为88．68％;增大气液混合比能够提高4-氯酚的降解效果;同时检测了H2O2和O3的生成量和溶液pH、电导率的变化。

阴极气膜微弧放电沉积ZrO_2-Y_2O_3陶瓷涂层

采用阴极气膜微弧放电沉积制备ZrO2 Y2 O3陶瓷涂层 ,利用水溶液中阴极气膜放电产生的等离子体的能量 ,使在阴极表面形成的沉积物直接烧结为陶瓷涂层。研究了沉积涂层的影响因素和涂层形貌及结构。SEM ,EDS和XRD分析结果表明 ,获得的ZrO2 Y2 O3陶瓷涂层表面光滑、与基体结合致密、成分和相结构均匀 ,是一种由Y2 O3部分稳定的ZrO2 陶瓷涂层。通过测试阴极气膜放电过程中电流随时间的变化以及电位在两电极间分布 。

滑动弧放电等离子体裂解正己烷实验研究

考察了一种新型低温等离子体发生方式滑动弧放电对正己烷的裂解效果,检测了主要裂解产物,并分析了供给电压、正己烷初始浓度、电极材料和反应器结构对裂解率的影响.结果表明,该法可以有效处理正己烷,最高裂解率达96%.在空气中的主要裂解产物为CO2、CO、NO2和H2O.增大供给电压可以提高正己烷裂解率;初始浓度增大后裂解率下降,但绝对处理量增大;相同能耗情况下,采用铁电极时能量利用率最低,正己烷裂解率低于铝电极和铜电极;电极最小间距和喷嘴直径之间的比例关系影响裂解效果,优化两者的匹配关系可以提高裂解率.

相对湿度和氧气浓度对滑动弧放电特性影响研究

本文通过检测背景气体不同含氧量和相对湿度下的放电电流强度和臭氧浓度,分析氧气和水汽对滑动弧放电特性的影响。结果表明,背景中氧气是臭氧的主要发生源,臭氧随氧气浓度的增大而增大。水汽的离解反应与臭氧发生反应存在竞争关系,同时其生成的OH粒子会与臭氧发生反应,因此水汽对臭氧的产生起抑制作用。由于氧气和水的电子结合系数都很高,水与电子还会发生离解结合反应,因此背景气体氧气浓度和水汽含量增大会减少等离子体区域的电子数量,降低放电电流强度。

X射线分幅相机真空弧放电损害研究

基于神光Ⅱ物理实验,研究了X射线分幅相机中真空弧放电对荧光屏和微通道板的损害。通过观测放电点在荧光屏上的位置和输出强度,发现X射线分幅相机存在的3种弧放电形式:散弧、强弧和定弧,由弧点位置和强度的时空变化比较了3种放电形式对器件的损害程度和对相机工作状态的影响。散弧在一定真空度条件下具有很好的稳定性,并且微放电不影响XFC正常性能;强弧的屏输出强饱和,MCP和荧光屏被一次性损害,相机无法正常工作;定弧对相机的正常工作没有影响,放电在两种屏压加载下都表现出稳定的趋向。由场致电子发射理论解释了放电机理,分析了弧放电损坏的稳定性,由实验结果推导了定弧的场增强因子。

二维交流滑动弧放电物理参数分析

笔者对刀片式交流滑动弧放电过程进行了系统的分析,考察了进气流量、电极间距等因素对放电电压、电流、放电功率、对流换热等物理参数的影响。实验结果表明:当流量较低,如0.9L/min时,放电电压随着弧长增加呈现二次曲线增长;当流量提高,超过10L/min时,放电电压在电弧较短区域变得紊乱。放电功率随着气流量的增加,先线性增长后保持稳定,而单位气流量能耗持续下降,从而可以将滑动弧放电随流量变化分为3个阶段,其中10～35L/min的中等流量适用于气体处理。在每半个周期内,放电功率近似正弦变化,而热损失以对流换热为主,据此可以对滑动弧放电平衡—非平衡特性进行定量分析,当放电功率高于对流换热时为平衡态,反之为非平衡态。

真空弧放电TiH合金阴极表面形貌分析

TiH合金电极是一种含氢量非常高的金属材料,用它作真空弧离子源的电极,可在真空环境下产生强度非常高的氢离子流。相比纯金属材料电极,TiH电极除了出现真空弧放电特有的融蚀现象外,还存在气体释放过程,所以它的表面形貌具有一定的独特性。利用扫描电子显微镜观察了单次放电和多次放电后阴极表面形貌,发现阴极斑在阴极表面微裂纹附近连续分布,气体释放生成很多小孔,使阴极斑区域呈絮状结构;弧流越大,阴极斑数量越多;多次放电后,阴极斑朝含氢量多的地方移动。该结果有助于了解含氢电极的真空弧放电过程,对该类放电的应用具有一定参考意义。

不同气氛下气液两相滑动弧放电降解甲基紫

研究了在空气、O2和N2气氛下滑动弧等离子体在纯水中放电的发射光谱,并以甲基紫为目标污染物,分析了在不同气氛下甲基紫的降解率以及降解产物.结果表明,在三种气氛下,OH自由基均是在放电过程中产生的最主要自由基;在空气和O2气氛下,甲基紫降解20 min后的降解率达到99%以上,高于在N2气氛下甲基紫的降解率.根据傅里叶红外光谱(FTIP)及气相色谱-质谱联用仪(GC-MS)的中间产物分析结果,在三种气氛下甲基紫分子中心碳原子的共轭结构在自由基作用下断裂,染料降解脱色,染料中间体在自由基作用下进一步降解、开环,直到生成CO2和H2O.

滑动弧放电等离子体去除甲苯的实验研究

为了研究滑动弧放电等离子体对挥发性有机物的净化效果,选取甲苯作为代表物质进行实验研究,观察了电极间隔、电极材料、电极厚度、氧气含量、水汽含量、气流温度、污染物质量浓度等参数对去除率的影响。在输入体积能耗为0.26 kWh/m3、电极间隔为3 mm、电极厚4 mm、气体流量0.8 m3/h、甲苯质量浓度为7 850 mg/L的实验条件下,甲苯的去除率达到90%,反应器的能量利用率达到最大26.92 g/kWh;制作电极的金属材料对反应器的性能影响不大;甲苯去除率随着氧气含量、水汽含量和气流溫度的增加而增加,随着污染物浓度的增加而降低。

NaOH气液两相滑动弧放电处理含硫废气的研究

为了提高气液两相滑动弧放电对火电厂废气的处理效率,将传统的纯水液相替换成NaOH溶液。通过观测放电过程中的电压-电流波形和发射光谱,研究加入NaOH对滑动弧放电的电气特性和光学特性的影响。选取SO_2作为待处理废气,对比分析NaOH溶液、纯水液相下SO_2的去除率以及产物浓度随处理时间、气体流速的变化情况,以及NaOH溶液浓度对SO_2去除结果的影响。实验结果表明,相同条件下,NaOH溶液代替纯水液相增强了气液两相放电强度,电离出更为大量的OH自由基;同时,NaOH的加入使SO_2的去除率提高了5%~7%,产物中的SO3含量较纯水液相时降低了50%左右。

聚焦磁场对系统弧放电和传输效率的影响

在 90°磁过滤管道和阴极之间加一 30～ 6 0V的正偏压可使磁过滤管道起到阴极弧放电第二阳极的作用 .在此情况下对聚焦磁场对MEVVA源阳极 阴极以及磁过滤管道 阴极 2个回路弧放电和磁过滤管道传输效率的影响进行了实验研究 .研究表明 ,随聚焦磁场升高 ,MEVVA源阳极和阴极之间的弧放电规模减小 ,而磁过滤管道和阴极之间的弧放电规模增大 ,并且系统的等离子体传输效率也随之升高 .

弗里曼源热阴极弧放电在高温下应用中的几个问题

介绍弗里曼源在典型气体流量下弧室内、源缝口侧、引出缝口后３００ｍｍ处和监控处的真 空度间的关系，纯灯丝热和弧放电热引起的弧室内壁、料炉末端的温升分布特性，以及微渗水 蒸汽使高温灯丝氧化对放电特性的影响。同时研究了几种特殊气体放电的氦离子辅助以及灯丝 电极夹下垂引起的灯丝外短路问题。

电极结构对滑动弧放电等离子体尺寸的影响规律

为得到电极结构(电极长度和电极张角)对滑动弧放电等离子体尺寸大小的影响规律,设计并制作了一套易于更换电极、调整电极间距的滑动弧等离子体发生装置。利用示波器对滑动弧放电等离子体的电信号进行测量,结合高速摄影仪和DV相机对滑动弧放电图像进行了记录与分析。试验结果表明:随着气体流量的增加,滑动弧放电呈现3种状态;稳定的滑动弧放电等离子体的电压波形是一种周期性的电压峰值逐渐增大的波形,它反映了电弧的产生、移动和熄灭。利用流量计控制气体体积流量为10 L/min,在张角为30°的情况下,等离子体长度随电极长度的增加而逐渐减小,并且在电极长度达到50 mm时,等离子体已无法超出电极末端。等离子体宽度是在电极长度为20 mm时达到最大。保持电极长度为20 mm,改变电极张角,发现张角越大,电弧沿电极的滑动距离越小,电极引导电弧滑动的作用无法得到充分发挥,导致滑动弧放电等离子体的尺寸减小。