直流电晕放电无线电干扰随机时域计算模型研究

直流输电线路电晕放电过程中会在空间中产生随机的无线电干扰脉冲信号,目前针对电晕放电无线电干扰的测量与预测计算主要基于频域方法,并未反映出无线电干扰的时域随机脉冲特征。为此,该文在实验室搭建了直流单根导线电晕放电无线电干扰时域测量平台,采用鞭形天线实现了对正极性直流导线电晕放电无线电干扰时域特性的测量,结合无线电干扰脉冲波形特征,分析获得了脉冲波形参数(幅值、重复频率、上升时间、持续时间)的统计特性。基于统计特性,结合无线电干扰双指数函数脉冲波形建立了高压直流单根导线电晕放电无线电干扰随机时域计算模型,模型中包括随机脉冲信号产生、脉冲衰减、场强信号计算及场强信号重构,将该模型产生的无线电干扰时域波形准峰值响应值与不同测量结果进行对比,结果表明计算误差小于2dB,验证了所提模型的有效性。

直流电晕放电中的离子风增强带电气溶胶沉积

为解决我国水资源短缺问题和开发大气水资源的急迫需求,突破之前单电极电晕放电离子源的离子密度较低、气溶胶荷电困难的难题,开发了一套基于离子风增强带电气溶胶沉积的负直流电晕放电系统.该系统利用多个针电极与接地的网状电极,实现了大面积、阵列式的负直流电晕等离子体,可以对流经其中的气溶胶进行高效的荷电和处理.虽然单电极放电产生的开放空间中的离子密度是双电极放电的20倍,但双电极放电区域的电场约为单电极放电的15倍,放电电流也更大.强电场推动离子流进行定向运动,同时推动中性分子,使该装置可以产生速度高达2 m/s的离子风,而与之相比,单电极电晕放电的离子风速低于检测限.双电极电晕放电产生的离子风带动了云室中空气的流动,可以有效促进气溶胶的荷电、碰并以及在接地网状电极上的沉积,可以快速减少空气中的气溶胶密度,所需的时间仅为单电极放电的1/4.在水雾气溶胶的沉积实验中,其水雾的总沉积量是单电极放电的8.3倍.因此,双电极放电系统是诱导降水或消除致病生物气溶胶的潜在有效方法.

空中颗粒物对直流电晕放电影响研究现状:颗粒物空间电荷效应

颗粒物捕获电子或离子以空间电荷形式对直流电晕放电产生影响。当前我国的大气污染日益严重,沙尘和霾天气频发。污染物中悬浮颗粒物荷电后带来的空间电荷效应将使高压直流输电线路周围的电磁环境复杂化,因此开展空中悬浮颗粒物对高压直流输电线路电磁环境影响的研究对指导直流输电线路的工程设计具有重要意义。该文对输电线路关于颗粒物空间电荷效应的研究历史进行回顾,并从空间电荷密度分布、颗粒物荷电量及其分布、地面合成电场和离子流密度等方面对已有研究结果进行梳理;对静电除尘、气固两相介质电晕放电和尘埃等离子体3个研究领域内关于颗粒物空间电荷效应的相关文献进行梳理,并对研究结果进行总结;指出当前对输电线路电磁环境影响的实验和理论研究中存在的问题,提出未来研究的建议。

空中悬浮颗粒物对直流电晕放电影响研究现状:颗粒物覆污电极效应

空中悬浮颗粒物因荷电或气流等因素而沉积于导线表面,其将对直流电晕放电和高压直流输电线路电磁环境产生影响。当前我国大气污染日益严重,沙尘和灰霾天气频发,此时空中悬浮颗粒物剧增。与此同时,我国正在和计划在北方建设多项特高压直流输电工程。因此,开展空中悬浮颗粒物对直流电晕放电和高压直流输电线路电磁环境影响的研究具有重要意义。该文对输电线路和静电除尘研究领域内关于颗粒物覆污电极而影响电晕放电特性和线路电磁环境的相关文献,从实验方法、起晕特性、电晕电流和离子电流以及合成电场特性等方面进行梳理和总结。最后,指出当前对自然污秽成分分析、自然污秽导线电晕特性、人工模拟污秽实验方法,污秽导线的电磁环境特性和起晕特性等方面的研究存在的问题,并从实验和理论角度提出未来研究建议。

直流电晕放电单环VOC降解特性的实验研究

利用高压直流电晕分解O2和H2O簇射出强氧化性自由基(O、OH°、HO2等)来降解单环的挥发性有机物。选取了甲苯和苯作为实验研究的对象，分别对电晕放电特性以及放电电压、反应物浓度、湿度和停留时间的变化对降解效率的影响进行了研究。最后对苯和甲苯的降解机理作了较为详尽的分析。研究发现：电极通气中的氧气含湿量对放电的V-I特性有影响，通过调节流量和湿度能够产生比较稳定的流光电晕。放电电压、反应物浓度、湿度和停留时间对甲苯和苯的降解都有重要影响。在一定的工况下，甲苯的降解率可以达到80％，而苯的降解率也在70％以上。实验结果表明，用自由基簇射技术脱除VOC是可行的也是与有效的。

直流电晕放电等离子体去除室内空气微生物和颗粒物

采用针-孔式直流电晕放电等离子体净化装置处理室内空气,研究了能量密度、电源极性、电极间距等对微生物和颗粒物去除效率的影响,探讨了微生物和颗粒物去除的机制.结果表明：直流电晕放电等离子体对室内空气中不同粒径的微生物（0.65～2.1 μm、＞2.1 μm）和粗颗粒物（TSP和PM10）有较好的去除效果,但对细颗粒物（PM2.5）去除效果不明显.对于颗粒物的去除,负直流电晕放电优于正直流放电;对于微生物的去除,正电流电晕放电优于负直流放电;放电等离子体去除真菌的效果优于去除细菌的效果.正、负直流电晕放电产生的等离子体组成不同和微生物耐等离子体氧化能力差异是导致上述现象的可能原因.相同条件下,电晕放电装置对颗粒物的去除率低于其对微生物的去除率,这与微生物粒子既能在放电电场中被捕集去除,也能在等离子体的作用下被灭活有关.

用TiO_2光催化剂与直流电晕放电结合去除NO_x

为有效去除氮氧化物,将以微电弧放电法制备的TiO2光催化剂与直流电晕放电结合,考察放电极性、放电功率对脱硝效果的影响,分析脱硝机理,评价脱硝体系的能量效率.实验结果表明:TiO2光催化剂在正电晕放电显现出显著的光催化效应,光催化效应强弱与放电功率成正比;在TiO2光催化剂与直流电晕放电结合的情况下增大放电功率,可以提高脱硝效果,但是能量效率无损失.

直流电晕放电等离子体烟气脱硫数值分析

对直流电晕放电等离子体烟气脱硫进行了研究,通过分析影响脱硫效率的各个因素,拟合出单因素的贡献函数.在此基础上,利用多元回归方法得出直流电晕放电等离子体烟气脱硫的效率经验公式.找出了脱硫效率与电压、水蒸气含量、氨气投加量及SO2初始浓度的函数关系.由公式得到的预测值与实验值一致性较好,因此该经验公式可为直流电晕放电等离子体烟气脱硫提供参考.

大气压直流电晕放电等离子体激励器在气流控制领域中的应用概述

近些年,气流主动流动控制是一个快速发展的课题,特别是在航空学方面具有极其重要的应用.在所有的气流主动流动控制方法中,非热等离子体激励器基于其系统的简单性、低功耗、具有高频实时控制能力等技术优点获得了广泛的研究.本文将综述介绍直流电晕放电等离子体在气流控制领域的发展.首先简要介绍直流电晕放电的物理特性及发展历程,其次着重介绍几种典型的直流电晕放电等离子体激励器的结构,然后重点介绍直流电晕放电的电特性和机械特性,最后总结了文献中关于直流电晕放电的主要研究成果.目的是能够更好地了解直流电晕放电等离子体激励器的机械作用,以便今后有针对性地优化激励器的结构,从而能够更加有效地进行气流流动控制.

直流电晕放电降解杂原子有机物的电化学过程

以吡啶为模型污染物,研究了电晕放电等离子体过程中产生的高活性羟基自由基降解含氮杂原子有机物的过程,从微液滴角度理解在有水存在下电晕放电的电化学过程。高压电场下,微液滴水汽形成微电解池,电化学反应在这一微电解池中进行。结果表明:电压为20.75kV时,平均初始浓度为8287mg·m-3吡啶的去除率达到90.4%。液相色谱分析结果表明,液滴中的中间产物有反丁烯二酸、草酸等小分子酸,离子色谱检测到了硝酸根离子的存在,由此推导了有机物的降解路径。

直流电晕放电作用下Kapton型聚酰亚胺裂解机理的ReaxFF分子动力学仿真

空气中电晕放电将产生具有活性的离子,可导致电介质的高分子主链C—C键断裂,逐渐丧失其绝缘性能。Kapton型聚酰亚胺薄膜被广泛应用于直流特高压设备的气固绝缘中,其在电晕作用下的电气性能将直接影响到设备以及特高压电力系统的安全运行。为此利用ReaxFF反应分子动力学方法,针对直流电晕产生的主要活性离子(O3–、HO–、H3O+、NO+)的冲击作用,计算了Kapton的裂解化学反应过程,并分析了直流电晕极性效应的影响。结果表明:在活性离子基团的入射冲击作用下,聚酰亚胺与活性离子接触后发生能量转移,并与相应的活性基团发生化学反应,造成聚酰亚胺主链裂解,释出气态小分子产物(主要是CO和H2O)。针对不同极性电晕作用的仿真表明,正极性直流电晕对聚酰亚胺的侵蚀作用更加明显,这与已有的实验结果相符。最后通过仿真研究,阐释了电晕放电造成聚酰亚胺绝缘失效的微观作用机理。

多针-水电极直流电晕放电染料废水脱色

采用多针-水电极反应器,研究了直流电晕放电对活性艳蓝KN-R染料废水的脱色,考察了放电电压、初始pH值和初始浓度对活性艳蓝脱色的影响,通过对液相活性物质(O3和.OH)浓度的考察探讨了脱色机理.结果表明,多针-水电极直流电晕放电对活性艳蓝脱色效果明显;放电电压、溶液初始pH值对活性艳蓝脱色效果的影响与其对液相O和.OH浓度的影响一致;.OH和O是促使RBB脱色的主要因素.

直流单点电晕放电可听噪声时域特性实验研究

为了研究直流电晕放电产生的可听噪声时域特性,基于实验室搭建的电晕放电测试平台,获得了正负极性直流单点电晕放电产生的可听噪声的时域波形,并对放电产生的可听噪声的时域特性进行了分析。同时,基于该实验平台,也获得了可听噪声脉冲与电晕电流脉冲在时间上的关联特性。实验结果表明:直流电晕放电产生的可听噪声时域波形具有双极性脉冲性质,正极性电晕放电产生的噪声脉冲幅值和脉冲上升时间比负极性电晕放电产生的噪声的相应值大;在时域上可听噪声脉冲与电晕电流脉冲具有一一对应关系。结合实验结果与正负极性电晕放电通道的发展过程,定性地解释了正负极性电晕放电噪声特性的差异及电晕放电噪声与电晕电流在时间上存在一一对应的原因。

直流单点电晕放电无线电干扰和可听噪声时域关联特性分析

当导线周围发生电晕放电时,会伴随空间电荷的运动,进而产生无线电干扰和可听噪声等电晕放电效应。本文基于实验室搭建的可听噪声和无线电干扰时域测量平台,实现了对正极性单点电晕放电产生的可听噪声和无线电干扰时域波形的同时采集;然后借助可听噪声和无线电干扰脉冲在时域上的一一对应关系,对测量信号的背景干扰进行剔除;最后对去噪后的可听噪声及无线电干扰时域波形参数进行了分析,获得了可听噪声和无线电干扰脉冲峰值及持续时间的关联关系。分析结果表明:提出的可听噪声脉冲波形模拟方法可以只测量无线电干扰波形就得到可听噪声脉冲波形。对比模拟波形与测量波形,得到的总声压级误差小于3dB(A),验证了方法的有效性。研究结果为电晕放电可听噪声的测试和预测提供了一种新的思路。

水蒸气电晕放电下的烟气脱硫效果

采用多针-板式电极,在70 m3/h烟气流量范围内,研究了水蒸气浓度、烟气流量、电场强度等因素对不饱和水蒸气正直流电晕放电烟气脱硫率的影响以及水蒸气电晕放电对脉冲放电烟气脱硫率的提高.研究结果表明,实验范围内,按照NH3∶SO2摩尔比为2∶1添加NH3的条件下,增加水蒸气流量、增强电场强度、减少烟气流量,烟气脱硫率能提高10%,达到60%左右.同时,水蒸气电晕放电能使脉冲放电的烟气脱硫率提高5%左右,达到90%以上.

多针对板负电晕放电激发态N原子发射光谱研究

在常压空气中,利用OES技术检测到负直流电晕放电等离子中激发态N原子发射光谱,并利用相对谱峰强度最大的674.5nm N原子激发跃迁谱线研究了相关空气参数和电参数对其相对密度的影响。结果表明,电离区内N原子相对密度随注入功率的升高呈增加趋势;随电极间距和相对湿度的增加,其相对密度逐渐减小;随N2流量增加,其相对密度呈先增加再减小趋势。在实验条件下,当针尖轴向距离r=1mm时,N原子相对密度出现最大值。

正负电晕放电改性白松木表面形貌和润湿特性

为了探明放电活性粒子改性木材表面形貌和润湿特性及其机理,采用针-板电极产生正电晕和负电晕改性白松木表面,然后通过扫描电子显微镜、接触角测量仪、拉曼光谱仪和红外光谱仪分别获取参数,最后分析了放电处理后的白松木表面形貌、润湿特性和化学组成变化情况。研究表明,增加放电电压和作用时间,白松木表面的粗糙度和润湿性随之增加,纤维素和木质素的拉曼光谱强度随之减少,亲水基团的红外光谱强度随之增加;并且,放电处理后的白松木表面微观形貌、润湿特性和化学基团之间呈现关联特性。该研究为电晕放电改性木材表面的应用提供了有价值的参考。

发射光谱研究多针对板电晕放电O活性原子特性

利用发射光谱技术在大气压下测量了空气中多针对板负直流电晕放电和正电晕流光放电产生的O(3p5 P→3s 5 S02777.4nm)活性原子发射光谱。在负电晕放电中,研究了放电功率、电极间距、N2含量和相对湿度等因素对O活性原子产生过程的影响;在正电晕流光放电阶段,研究了O活性原子相对密度在放电反应空间的分布特点。结果表明:O活性原子产量随放电功率的增加而增大,随电极间距增大而减少,随相对湿度和氮气含量的增加,其产量先增大后减少;O活性原子相对密度沿针尖轴向呈先增大后减小的趋势。

多针-水膜电极电晕放电脱硫研究

采用不锈钢多针作为高压电极系统,水膜为低压电极,负直流高压电源供电,含二氧化硫(SO2)的污染气体从高压电极系统的轴向进入,沿着电晕放电电场从水膜上方通过,在电晕放电等离子体和水吸收共同作用下,生成硫酸使SO2得到脱除.主要研究了放电电压、气体中SO2初始浓度和气体在电极系统的停留时间对脱硫效果的影响,并测试了水中SO32-和SO42-离子浓度,分析SO2脱除机制.结果表明,电晕放电和水吸收对SO2脱除具有很好的协同作用,脱硫效果明显升高,SO2转变生成硫酸量的体积分数提高;脱硫效果随电压增加和停留时间的增加而增加,初始浓度对脱硫效果有影响.当SO2初始浓度(体积分数)为430×10-6,施加电压为14.5 kV,停留时间为7.5 s时,脱硫效率达90%以上.

光滑导线直流起晕电压判别方法对比分析

直流电晕放电会产生空间电荷、离子流场、无线电干扰、可听噪声及电晕损耗等效应,为了研究根据不同的直流电晕放电效应得到的起晕电压差异,搭建了基于同轴圆柱结构的电晕放电起晕电压测试平台,同时测量了不同直径光滑导线电晕放电产生的离子流、合成电场、稳态电晕电流及紫外光子数随电压的变化关系,依据各物理量随电压变化的拐点确定了正、负极性光滑导线的起晕电压。实验结果表明,对于光滑导线,通过不同电晕放电效应借助于拐点法得到的起晕电压基本一致。根据同轴圆柱离子流场的解析公式及起晕场强的经验公式,对导线的起晕电压进行了计算,不同直径的起晕电压的计算结果与测量结果基本一致,最大差异<2.1%。因此,对于实验室内光滑导线起晕电压的确定,建议采用同轴圆柱电极结构对电晕放电效应进行测量,推荐采用拐点法来确定起晕电压。