大气压He/CF4脉冲介质阻挡放电参数效应研究

He/CF4等离子体在表面改性领域得到了广泛的应用。采用一维流体模型对大气压He/CF4脉冲介质阻挡放电等离子体进行了数值模拟,通过计算分析等离子体在放电过程中各粒子的浓度以及各反应的贡献率,研究了不同放电参数(放电间隙、介质板厚度和相对介电常数)对等离子体的影响。结果表明:电子碰撞反应在各活性粒子的生成中均起到了重要作用;不同放电参数对各粒子浓度和产物粒子的反应贡献率产生不同的影响。

放电参数对大气压多脉冲介质阻挡放电特性的影响

为了进一步了解大气压氦气多脉冲介质阻挡放电特性,采用数值模拟的方法对一维流体力学模型进行研究,分析讨论了外加电压的幅值和频率对放电电流脉冲的数目和相邻两个电流脉冲之间时间间隔的影响。模拟结果表明,外加电压幅值和频率不断变化时,不仅电流脉冲数目发生变化,而且相邻电流脉冲之间的时间间隔也发生变化。随电压幅值的增大电流脉冲数目的增加,相邻电流脉冲间的时间间隔减小,随电压频率的减小电流脉冲数目增多,相邻电流脉冲间的时间间隔减小。此外,采用线性拟合的方法预估形成新的电流脉冲时刻的起始电压和频率,为实验研究多脉冲放电提供理论参考。

脉冲参数对脉冲介质阻挡放电臭氧产生影响的数值模拟

在脉冲介质阻挡放电产生臭氧的过程中,脉冲参数至关重要。为研究脉冲参数对其流光传播速度和臭氧分子浓度的影响,构建了1个由流体动力学模型和包含11种粒子、29个反应的反应模型组成的准2维动力学模型并进行了数值模拟。模拟结果表明：流光传播速度和臭氧分子浓度均随脉冲峰值电压的增大而增大,随脉冲上升时间的减小而增大,在模拟工况所得流光速度范围为4.2×104~3.57×105 m/s;脉冲宽度的变化对流光传播速度与臭氧分子浓度基本无影响,但减小脉冲宽度有利于提高臭氧产率;随着脉冲上升率的增大,在流光出现后并经历相同时间时对应的电场强度更大,流光的传播速度随之加快,同时臭氧分子浓度也由于氧原子产生速率的增大而增大。该研究可以为脉冲电源的选择和优化提供参考。

脉冲介质阻挡放电条件下NO／O2／N2／Hg^0体系反应动力学模拟

利用低温等离子体净化烟气中NO_x和Hg是一种极具前景的技术,本文对脉冲介质阻挡放电条件下的NO/O_2/N_2/Hg^0体系建立了反应动力学模型,对高能电子参与N_2、O_2和H_2O电离解速率常数采用碰撞反应截面方法求取,模拟预测了活性自由基元(O、OH)、和Hg^0等组分在反应器内随时间的变化规律。模拟结果表明:脉冲介质阻挡放电可以有效地脱除烟气中的NO,并促进单质汞的氧化;脉冲电源特性对脱除效率有明显的影响,电源纳秒级脉冲峰宽时间越长,电源脉冲放电频率越高,NO净化及单质汞的氧化效率越好。

大气压氩氧脉冲介质阻挡放电等离子体中长生存时间活性氧粒子的演化机理

大气压脉冲介质阻挡放电等离子体中,活性氧粒子的生成和调控对于等离子体在生物医学中的应用具有重要意义,而活性氧粒子的生成和调控又与他们在放电中密度的时空演化密切相关。因此,研究活性氧粒子在1个放电周期中随时间的演化十分必要。使用1维流体模型,模拟研究了氧气体积分数为1%情况下大气压氩氧脉冲介质阻挡放电等离子体中,所考虑的各粒子的空间平均粒子数密度在1个完整周期内随时间的变化。结果表明：电子e、Ar~＋、Ar_r、Ar_m和Ar＊等粒子均主要生成于脉冲的上升沿和下降沿,并随脉冲的关断继续演化而后缓慢衰减至0,而O、O_2（~1Δg）和O_3 3种活性氧粒子在脉冲关断以后仍大量存在于气隙中。因此,针对具有长生存时间的O、O_2（~1Δ_g）和O_3粒子,进一步研究了他们在1个完整脉冲周期内的生成与消耗途径及随脉冲参数的变化,分析了相应的机制。

电源特性对脉冲介质阻挡放电NO净化的影响

利用反应动力学模拟开展了电源特性对脉冲介质阻挡放电条件下NOx净化脱除规律的影响研究,对高能电子参与的N2、O2和O的电离解速率常数采用碰撞反应截面方法求取,并通过数值模拟获得了反应器内活性基元、NO及其副产物随时间的变化规律.模拟结果表明动力学模型较好地反映了活性基团浓度的脉冲变化趋势,电源特性对NO的脱除具有明显的影响,提高纳秒级脉冲峰宽及电源脉冲放电频率,均可以有效改善NO的净化效果,这些结果对等离子体氮氧化物净化装置的优化有一定的指导作用.

高氧浓度下大气压Ar/O_2脉冲介质阻挡放电频率特性数值研究

使用一维流体模型,研究了高氧浓度(1.0%~5.0%)下大气压Ar/O_2脉冲介质阻挡放电的频率(<100k Hz)效应。在所考虑的氧浓度和频率范围内,计算了放电电流密度以及四种(O、O(~1D)、O^2(~1Δg)、O_3)活性氧粒子产生与消耗的主要路径及其贡献随频率的变化。结果表明,一个电压脉冲周期中均发生两次极性相反的放电,并分别发生在外施电压脉冲的上升沿和下降沿。不同氧浓度下,第一次放电与第二次放电的放电电流密度峰值均随着频率的增加先减小后增大,即存在最小值,相应的频率定义为特征频率,并获得了二特征频率随氧浓度的变化。另外,在氧浓度为3.0%时,给出了四种活性氧粒子产生与消耗的主要路径及其在不同频率下相应的贡献。

大气压脉冲介质阻挡放电长脉宽效应研究

大气压脉冲介质阻挡放电已得到广泛应用,它的机理和放电特征一直是人们关注的课题。文中对长脉宽脉冲电压作用下氩气放电等离子体进行了模拟研究,以给出这一放电所具有的特征的理论估计。模拟使用了一维流体模型,并对边界条件作了较严格的理论处理,这一处理使得在不同脉宽下计算的放电电流与实验符合得更好。应用建立的流体模型,分别对长脉宽和相应的短脉宽下的放电电流峰值、各粒子密度的空间分布、电场强度的轴向分布等作了计算和比较,对各态氩粒子的产生反应路径及其贡献进行了分析。文中研究表明:长脉宽下的计算结果与相应的短脉宽的结果呈现交换对称的特征;无论是长脉宽还是相应的短脉宽,放电模式均为典型的大气压辉光放电;改变脉宽对各态氩粒子反应路径的贡献影响较小。

纳秒脉冲介质阻挡放电等离子体对超声速燃烧室中凹腔性能的影响

为考察纳秒脉冲介质阻挡放电(NP-DBD)等离子体对超声速燃烧室中凹腔性能的影响,在凹腔后壁面上部区域布置表面介质阻挡放电激励器产生等离子体,基于NP-DBD等离子体高斯分布热源模型,采用3维数值模拟方法研究了等离子体作用下燃烧室壁面压力、凹腔阻力、质量交换率以及燃料分布的变化。研究结果表明,NP-DBD等离子体虽然降低了对称面处凹腔后缘波系强度,但结合凹腔后壁区域温度分布特征知等离子体热效应较弱,故整个凹腔波系受到影响较小;凹腔质量交换能力获得大幅提高,其阻力则略有减小;等离子体缩小了凹腔上方燃料的分布范围,凹腔下游燃料掺混效率有小幅提升。

平行磁场对脉冲针–板介质阻挡放电物理化学特性的影响

为在大气压下产生高强度的介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)等离子体,该文利用永磁铁产生平行于电场方向的磁场,用于增强纳秒脉冲针–板DBD等离子体的物理化学活性,并探究不同脉冲参数下磁场对等离子体特性的影响规律和机制。考察平行磁场辅助脉冲针–板DBD等离子体的动态演化特性,并从电学、光学和臭氧生成特性等方面研究了脉冲电压幅值、上升沿时间和下降沿时间等参数对平行磁场辅助脉冲针–板DBD特性的影响规律。实验结果表明:平行磁场通过磁化电子改变DBD等离子体特性;施加平行磁场后,针–板DBD中空间流光放电及介质表面流光放电强度增强;不同脉冲放电参数下,施加平行磁场对放电强度及臭氧产量均显示出增强效果,在短脉冲上升沿时间条件下平行磁场的增强效果尤为显著。

脉冲介质阻挡放电下MnO_x-CeO_2催化氧化碳烟的关键表面物种研究

采用柠檬酸络合法制备了Mn/(Mn+Ce)原子比为0.4的MnO_x-CeO_2复合氧化物,使其分别在有和无脉冲介质阻挡放电条件下,多次催化氧化碳烟.采用XRD、BET、Raman和XPS对新制备未反应过的和各次反应后的MnO_x-CeO_2进行表征.结果发现,在初次反应中,脉冲介质阻挡放电对反应具有强化作用,使MnO_x-CeO_2具备更好的活性.在放电和无放电2种条件下,催化剂第2次反应的活性均较第1次有所降低,且放电条件下降幅更大,而在第3次反应时催化剂活性在两种条件下均保持稳定状态.以上现象原因为,初次反应,两种条件下高温使MnO_x-CeO_2中Mn-Ce-O固溶体发生相分离,部分Mn析出生成了Mn_3O_4;未引入放电时催化剂表面发生不可逆还原的Mn^(4+)量更少,且拥有更多Ce^(3+)并产生了本征氧空位及更多的表面氧;放电的引入,加剧了初次反应时MnO_x-CeO_2表面Mn^(4+)向Mn^(3+)和Mn^(2+)的转化,使其具备更高的活性,但也抑制了Mn^(4+)的恢复,降低了催化剂的活性.在随后的反应中,有无放电催化剂均保持了稳定.脉冲介质阻挡放电对MnO_x-CeO_2反应的关键因素Mn^(4+)、本征氧空位和表面氧产生了重要影响,这种影响在初次反应时并不可逆,进而减弱了放电对反应的强化作用,该现象不可忽视,值得进一步研究.

气-液两相高压脉冲介质阻挡放电降解罗丹明B

在气-液两相混合物中进行高压脉冲介质阻挡放电产生非平衡等离子体,以罗丹明B水溶液为模拟废水处理对象,考察了不同因素对降解效果的影响.实验结果表明:提高脉冲电压峰值和脉冲频率及延长放电时间均可提高罗丹明B的去除率;溶液初始pH值的提高,对于降解效率影响不大;溶液初始质量浓度提高时,罗丹明B的降解率(百分比)降低,但是降解量(质量数)提高;反应器中通入氧气时的降解效果最好,空气次之,氮气最差;在脉冲电压峰值20 kV,脉冲频率250 Hz,溶液初始质量浓度90 mg/L,初始pH 6.4,氧气通入量为12.0 L/min的实验条件下,放电处理12 min,罗丹明B的去除率可达99.1%.

磁隔离触发式10kV级联型脉冲电源研制

采用磁隔离触发式的级联型高压脉冲电源解决了每一级联单元浮动供电的问题,结构紧凑,触发方式简单可靠.利用磁耦合隔离的触发方式,触发信号一致性高,产生的截止偏压信号可以对绝缘栅双极晶体管进行可靠关断.同时,在每一级联单元附加切尾开关支路,降低输出脉冲高压的下降沿,提高级联型脉冲电源的适用性.研制的10kV 级联型脉冲电源,每一个级联单元的额定工作电压为1kV,总共10组.电压调节范围0～10kV,工作频率1～10kHz,脉冲电流0～20A,脉冲宽度5～50μs.

冰脊形成过程数值模拟及NSDBD防护研究

冰脊会造成机翼气动性能的降低,是危害飞行安全的重要因素。利用结构化网格和中心有限体积法求解N⁃S方程获得空气流场,运用拉格朗日法获得水滴撞击特性,基于Messinger结冰热力学模型针对NACA 0012翼型的结冰进行了数值模拟,获得的冰型与实验结果吻合良好,验证了计算方法的准确性与可行性。在此基础上,在NACA 0012翼型上设置防冰区并考虑防冰热载荷的作用,对大水滴条件下冰脊的形成过程进行了数值模拟,得出了环境温度、液态水含量和防冰热载荷对冰脊形成的影响规律。此外,通过在冰脊形成位置布置纳秒脉冲阻挡介质放电(Nanosecond dielectric barrier discharge,NSDBD)等离子体激励器,探究了在大水滴条件下NSDBD对冰脊的防护效果。研究结果表明:在大水滴情况下,环境温度的增加使得冰脊的范围增加而高度降低;液态水含量的增加使得冰脊的范围增大并且高度增加;防冰热载荷的增加可以增加防冰区内水分的蒸发,进而减少冰脊的生成;大水滴情况下可能由于水滴直接撞击至下翼面防冰区外进而导致冰脊的形成;NSDBD对空气进行加热,增加溢流水的蒸发,使得低液态水含量下形成的冰脊消失,使得高液态水含量下冰脊的形成位置推后。

NS-DBD激励控制非细长三角翼前缘涡仿真研究

通过在三角翼前缘施加纳秒脉冲介质阻挡放电(NS-DBD)激励唯象学模型,进行了47°后掠角钝前缘三角翼流动控制的仿真。分析了不同迎角下升力和阻力系数的变化、流场结构的变化、以及激励诱导旋涡的演化过程。研究表明:施加无量纲激励频率F+=1.44的NS-DBD激励后,可明显提高三角翼失速前后的升力系数;同时阻力系数也有所增加,变化趋势与实验结果一致。激励在前缘分离剪切层处诱导产生流向涡,改变了前缘剪切层结构,使其向内卷吸;激励后时均流场形成了明显的负压峰值,前缘涡附着线外移,吸力面回流区减小。

低温等离子体脱硫技术研究进展

SO_(2)气体排量大、污染重,传统的脱硫技术存在经济、技术等方面局限,而低温等离子体技术用于净化污染气体具有脱除效率高、适用性广等优点。介绍了电子束、电晕放电、介质阻挡放电3种低温等离子体技术脱除SO_(2)的研究进展,分析了其技术机理、影响因素,并讨论了低温等离子体脱硫技术的可能研究趋势。