脉冲放电破岩等离子体通道长度预测方法

针对高压脉冲放电破岩电弧等离子体通道长度难以预测的问题,构建了高压脉冲放电破岩综合试验平台,测量了花岗岩-自来水组合介质下电弧等离子体通道发展特性及典型电流、电压参数,提取了不同电极间距和脉冲放电次数下岩石表面形成的破碎区域。基于能量平衡方程建立了岩石中电弧等离子体通道的阻抗模型,采用迭代优化算法获取阻抗模型参数的近似最优解,模型计算结果与试验结果的相对误差小于7%。基于优化参数,利用实测电流电压数据预测了等离子体通道的长度。模型预测的等离子体通道长度与实测值的绝对误差均处于毫米量级,且两者的相对误差小于10%,为高压脉冲放电破岩系统电源-电极负载的匹配设计提供了理论支撑。

气体介质与脉冲参数对纳秒脉冲放电特性的影响

在定容弹内研究了介质压力、介质成分以及纳秒脉冲电源所控制的4个脉冲参数(脉冲输出电压、脉冲宽度、脉冲次数、脉冲频率)对纳秒脉冲放电过程的影响.结果表明:介质压力上升,首个脉冲和首个击穿脉冲的电极释放电压均上升,高压维持数增加,首个击穿脉冲的放电能量上升.增大脉冲输出电压可以减少高压维持数,但不改变击穿电压.增大脉冲宽度同样不改变击穿电压,但明显提升了首个击穿脉冲的放电能量.改变容弹内介质中CO_(2)的浓度,首个脉冲和首个击穿脉冲的释放电压、放电能量、高压维持数均增加.升高脉冲频率增强了在不同环境条件下脉冲击穿能力,但不影响能量注入总量.在确保击穿的情况下,脉冲次数的增加则能显著增大脉冲注入的能量,增大粒子云团面积,有助于实际点燃过程.

脉冲放电等离子体光谱干扰机制及其修正方法研究

为解决脉冲放电击穿颗粒流的等离子体光谱(PF-SIBS)中钨电极激发引起的谱线干扰问题,研究了基于等离子体信号探测优化的谱线干扰修正方法。搭建PF-SIBS测量实验系统,以化学纯石墨的颗粒流为研究对象,根据电极间等离子体产生和消亡过程、各特征谱线在等离子体内的分布情况以及各特征谱线信号强度在电极间的变化规律,解析了放电等离子体内各特征元素蒸发、解离和激发的过程,并据此优化光谱探测位置以减弱谱线干扰。研究结果表明:电子在阴极斑点生成,向阳极发射的过程中与电极金属、石墨颗粒流和电极间空气介质发生碰撞电离,产生更多的电子发射,从而形成并维持从阴极向阳极的放电通道。在阴极区域,高能电场产生的焦耳热促使阴极尖端钨金属蒸发溅射,膨胀产生的冲击使得颗粒和空气被排出阴极区域,钨金属的原子及电子占据在阴极区域;在放电通道中部,电子与密集的石墨颗粒流发生碰撞电离;在阳极区域,剩余的放电能量难以蒸发阳极金属,电子主要电离空气介质。可将阴极到阳极的区域划分为阴极金属激发区、中部颗粒激发区和阳极空气激发区。被电离的电极金属、石墨颗粒、空气介质的离子和中性原子占据各自的激发区域,形成等离子体并辐射出对应的特征谱线。从阴极到阳极的特征谱线强度变化呈现了与上述相同的结果,W 247.78 nm谱线强度在阴极区域较强并呈现逐步降低的趋势;C 247.86 nm谱线强度先增后减,在电极间距中心处达到最大;N 744.23 nm谱线强度逐步增强,在阳极尖端处达到最大。以C-W信号强度比作为C-W谱线干扰程度的评价指标,确定了最佳的光谱探测位置为距阳极0.5 mm处。相比于常见的光谱探测位置(电极间距中心),C-W信号强度比从1.200提升至1.348,C 247.86 nm的分峰拟合值与观测值之比从86.02%提升到94.93%,C-W谱线干扰效应显著降低。

水中脉冲放电振荡特性分析及抑制方法研究

水中脉冲功率放电过程中产生的电路振荡,会延长放电时间,降低储能电容寿命。为了对电路振荡进行抑制,首先根据脉冲功率放电装置工作环境,利用COMSOL仿真软件,建立了二维轴对称高压放电模型,模拟了11 kV下电极间隙为4 mm下的高压击穿过程,并分析了等离子通道电导率变化趋势。然后建立等离子通道二维阻抗模型,对电极上的实际放电波形进行了非线性回归分析,得到其电阻和电感分别为0.439Ω和19.8729μH。最后根据负载特性提出了用脉冲功率晶闸管来抑制电路振荡的策略,并进行了脉冲功率放电实验。实验表明,通过理论阻抗计算得到的电极电压与实际放电电压相符合,且使用晶闸管脉冲功率开关可有效地抑制电路振荡,使振荡时间由220μs降低到36μs,降低了83.6%。

脉冲放电等离子体修复绝缘油污染土壤

目的为了探讨绝缘油降解的等离子体工艺参数影响规律和机理,方法利用针板式脉冲放电等离子试验平台,选取峰值电压、含水率、频率等6个参数分析绝缘油处理效果。结果结果表明:影响绝缘油降解率的主要因素依次为峰值电压、含水率、绝缘油初始质量分数、空气流速、频率、处理时间;为实现绝缘油降解,峰值电压应高于10 kV,高电压可促进降解和缩短处理时间,降解率和能量效率最高分别为88.18%,43.71 mg/kJ;适当提升含水率可增加·OH数量,促进降解,但含水率更高时因土壤透气能力降低和团聚增强,限制活性离子传输而抑制降解;绝缘油初始质量分数增加可降低降解率,但质量分数较高时,因土壤内层绝缘油组分无法与高活性物质接触,导致降解量下降;处理前后土壤中绝缘油均以饱和烃为主,低碳烷烃易被降解,随着碳数增加降解率逐渐下降;4环芳香烃降解效果优于2~3环的,但因小分子烃类与苯环高温缩合形成高分子芳香烃,处理后4环以上芳烃含量增加。结论研究结果可为等离子体修复绝缘油污染土壤技术研究提供参考。

脉冲放电氦离子化气相色谱仪在高纯氦、高纯氮、高纯氩分析中的应用

脉冲放电氦离子化检测器是一种灵敏度极高的通用型检测器,对几乎所有无机和有机化合物均有很高的响应,它是一种能够检测至ng/g(10^(-9))级的检测器。脉冲放电氦离子化气相色谱仪特别适用于高纯氦、高纯氮、高纯氩的痕量杂质分析。通过确定色谱的最佳工作参数和切阀时间可以有效提高分析高纯氦、高纯氮、高纯氩杂质的检测效率和准确度,适用于工业连续性检验。

适用于煤层瓦斯增透的高压脉冲放电关键技术研究

研究分析了高压脉冲放电煤层增透技术的关键要素,并结合其在矿井瓦斯抽取中存在的电气防爆问题进行综合论述,为工程实践提供技术支持与指导。

脉冲放电检测器

对不同模式脉冲放电检测器的结构、工作原理和应用进行了综述 .并与类似性能的GC检测器相比较 ,讨论它们的优点。

气-液混合脉冲放电耦合芬顿反应再生吸附苯酚的活性炭

提出将芬顿(Fenton)反应与气-液混合脉冲放电等离子体耦合提高活性炭再生率的方法,考察了Fe^(2+)含量、溶液pH值等相关实验参数对该耦合系统中活性炭再生性能的影响。表征了活性炭再生前后比表面积、孔隙结构、表面化学性质等变化规律,结合对耦合再生体系中活性物质的测量和活性炭萃取液中苯酚降解中间产物的测定结果推测活性炭的再生机理。结果表明,耦合芬顿反应能有效提高气-液混合脉冲放电等离子体中H_(2)O_(2)的利用率,使吸附苯酚饱和的活性炭的再生率从84%提高到96%。

汽油机倒拖条件下纳秒重复脉冲放电特性的可视化研究

在倒拖的单缸光学发动机上,利用高压纳秒脉冲点火系统,研究了不同转速、放电起始时刻和脉宽下的连续高压脉冲放电特性.结果表明:与发动机停机时大气压力下的放电相比,在发动机倒拖运转时,火花塞电极击穿后的电压有上升的趋势,而且击穿电压和累计放电能量大幅升高,放电区域尺寸和亮度明显大于停机时;在任一转速下,第1个放电脉冲所对应的击穿电压和放电能量远高于后续放电脉冲,第1个放电能量占累计放电能量的(62.7±4)%;转速从1000r/min升高到2000r/min时,第1次击穿电压和累计放电能量降低;在2000r/min,循环进气量为0.4 g时,将点火时刻从25°CA BTDC推迟到5°CA BTDC,第1个高压放电脉冲的击穿电压和放电能量均升高,约化场强降低;在相同条件下,脉冲重复频率越低,连续纳秒脉冲间的耦合作用越小,第1次放电的击穿电压和累计放电能量均增加.

高倍率脉冲放电锂电池的功率输出特性

由于电池内阻和极化现象的存在,锂电池在放电的瞬间会出现较大的电压跌落,高倍率脉冲放电锂电池更是如此。为了研究高倍率脉冲放电锂电池的功率输出特性,探讨温度、荷电状态和老化等因素对电池功率性能的影响规律,定义了锂电池的功率特性曲线,搭建了高倍率电池测试平台,并从温度、荷电状态和老化3个阻抗敏感因素开展实验研究。研究方法和结论对后期开展锂电池系统的峰值功率评估和功率曲线预测有一定的指导意义。

高压脉冲放电降解直接耐晒翠蓝GL废水

采用自制高压脉冲放电等离子体反应器降解染料废水中的DB86(直接耐晒翠蓝GL),研究脉冲电压、电极间距、气体流量、初始质量浓度等参数对DB86降解效果的影响,并分析放电过程中质量浓度ρ_(TOC)、pH值的变化规律。结果表明:DB86质量浓度为100 mg/L时,在脉冲电压22 kV、脉冲频率50 Hz、放电间距8 mm、空气流量3.0 L/min、电导率200μS/cm条件下降解效果达到最好。动力学研究表明,高压脉冲放电降解DB86染料废水的过程符合伪一级反应动力学模型。通过对DB86分子降解机理分析,得出放电过程产生的活性物质导致染料废水降解,其中·OH起关键作用。并生成第3方酸性物质甲酸、乙酸等。整个放电过程中溶液的pH值呈下降趋势,溶液最终显酸性。

针板结构Trichel脉冲放电的光学特性

Trichel脉冲放电为电晕放电中一种常见的不稳定现象。为了进一步揭示Trichel脉冲的放电特性和放电机理,本文利用针板放电结构,在气压为600 Pa的空气环境下研究了Trichel脉冲放电的光学特性。在平均电流为20~300μA范围内,放电分为Trichel脉冲放电模式和正常辉光放电模式。在Trichel脉冲放电模式下,平均极间电压随着平均电流的增高而降低;正常辉光放电模式下,平均极间电压随平均电流的增高基本保持不变。实验拍摄并得到了不同平均电流时的发光图像,从阴极针尖到阳极平板区域分为负辉区、法拉第暗区、正柱区和阳极辉区。随着平均电流的增加,负辉区、正柱区以及阳极表面的发光增强,负辉区体积基本保持不变,法拉第暗区长度逐渐增加,正柱区长度逐渐缩小。在Trichel脉冲消失时,负辉区发光向阴极针尖收缩,正柱区向阳极板贴近,并且两个区域发光明显增强。利用光谱仪在300~800 nm波长范围内测量得到了不同平均电流时的发射光谱。其中在300~450 nm波长范围内的发射光谱强度较高,为氮分子的第二正带系(C^(3)Π_(u)→B^(3)Π_(g))和氮分子离子的第一负带系(B^(2)Σ+u→X^(2)Σ^(+)_(g));在650~800 nm附近发射光谱较弱,为氮分子的第一正带发射谱(B^(3)Πg→A^(3)Σ^(+)_(u))。在此基础上,根据N_(2)(C^(3)П_(u)→B^(3)П_(g))第二正带系发射光谱拟合得到了不同平均电流时氮分子的振动和转动温度。结果表明,分子振动温度和转动温度均随平均电流的增加而增加,分子振动温度在3900~4500 K,分子转动温度在430~450 K。同时利用氮分子离子谱线391.4 nm和氮分子第二正带系谱线394.2 nm强度比计算得到了不同平均电流时的电场强度。随着平均电流的增加,电场强度升高,在145~200 kV·m^(-1)范围。当Trichel脉冲消失时,针尖附近分子振动温度和电场强度出现较为明显的升高。此现象表明针尖附近的电子能量和电子密度随着脉冲的消失也出现了明显的升高。

高倍率脉冲放电锂电池的寿命老化特性

电磁发射用锂电池的老化行为不仅关系着能源系统的经济成本和动力性能,更会直接影响武器系统的作战能力和装备寿命。此外,电池的超寿命滥用还会引发热失控和起火危害。因此,有必要对高倍率脉冲放电锂电池的寿命老化特性开展定性和定量的研究。首先,综述了电池老化机理及研究现状;然后,搭建了高倍率锂电池(组)测试平台开展了循环寿命实验,并从容量、电气参数和电池阻抗三个方面分析了电池的寿命老化特性。研究结论对进行锂电池的健康状态估计和剩余寿命预测有一定的参考意义。

高压脉冲放电等离子体协同CTAB改性活性炭去除DB86

印染工业耗水多,同时产生大量色度深、成分复杂的染料废水,制约了相关行业的绿色环保和可持续发展.实验采用多针-板高压脉冲放电等离子体协同CTAB改性活性炭(CTAB-AC)处理直接耐晒翠蓝GL(Direct Blue 86,DB86)模拟废水.通过十六烷基三甲基溴化铵(CTAB)对活性炭改性,并利用SEM、BET表征手段对改性前后活性炭进行分析.考察了CTAB-AC中改性剂浓度、改性时间以及不同投加量对DB86去除效果的影响.结果显示:在溶液初始浓度C_(0)为100mg·L^(-1),频率f为50 Hz,电压U为22 kV,初始电导率σ为200μs·cm^(-1),电极间距为8 mm,溶液体积为150 mL,气体流量为3.0 L·min^(-1),同时添加0.2 g在CTAB浓度为5×10^(-4) mol·L^(-1)下改性24 h的CTAB-AC,放电40 min后,去除率高达99.65%.高压脉冲放电对吸附饱和的活性炭具有再生作用,并且经CTAB改性后的活性炭比表面积减小,表面粗糙度增加,凹陷空穴增多,活性位点激增,促进了催化反应,进一步加强了对DB86的去除.

高电压脉冲放电破岩系统建模分析

等离子体通道是高电压脉冲放电破岩的“工具”,通道形成及膨胀使岩石破碎过程伴随着通道阻抗的急剧变化。为更好地分析高电压脉冲放电破岩系统的能量利用效率,结合破岩空腔的脱模分析获得了通道的穿透深度及实际长度,基于能量平衡方程建立了等离子体通道阻抗模型,建立了高电压脉冲放电破岩系统的电路分析模型,仿真计算与试验结果对比表明该模型能够准确分析高电压脉冲放电破岩系统的输出特性,为系统优化提供理论指导。

大气压交流正弦电压辅助脉冲放电过程与特性研究

为研究脉冲电压处于交流正弦电压不同相位时对等离子体射流特性和放电过程的影响,利用双电极耦合介质阻挡放电装置产生大气压脉冲放电等离子体射流,通过放电空间分布在脉冲电压阶段的变化,分析放电图像强度的时间演化和等离子体子弹速度的空间分布,证实了等离子体射流是以等离子体子弹形式在放电空间传播的。研究表明,脉冲电压极性与交流正弦电压极性相同或相反都会对等离子体子弹的产生和传播展现出抑制或加强效果。

结合深度神经网络的大气压脉冲放电转化CO_(2)研究

为了提高等离子数值模拟在放电等离子体转化利用CO_(2)研究中的计算效率,提出了采用具有多个隐藏层的深度神经网络(DNN)来研究大气压脉冲放电转化CO_(2)的放电特性与等离子体化学性质,经过训练的DNN能够极大地提高计算效率。DNN预测结果表明:当外加电压幅值不变时,增加脉冲上升率可以提高放电电流密度和击穿电压,同时增强鞘层区域的电场;脉冲坪区宽度的增加会提高介质板表面电荷密度,增强反向感应电场的强度,进而提高脉冲下降阶段的放电电流密度。此外,提高脉冲上升率和坪区宽度都会提高CO、O_(2)等产物的密度,导致CO_(2)转化率的增加。基于有限的训练集,DNN能快捷、准确地给出海量的数据以揭示CO_(2)放电的演化特性与转化规律,这为研究放电等离子体技术转化CO_(2)提供了新的计算工具。

基于参数辨识的水中脉冲放电阻抗特性分析

通过水中脉冲放电实验获得了实验平台固有参数和不同间隙下典型放电波形,采用电感分量剥离方法得到等离子体通道的时变电阻特性。建立了考虑等离子通道时变电阻的水中脉冲放电等效回路模型,提出了基于粒子群优化(PSO)算法的通道阻抗模型参数辨识方法。计算结果与实验结果对比表明,放电电流波形、阻抗变化特性与实验结果的误差小于3%,基于参数辨识的水中脉冲放电阻抗模型能够指导相关工程应用。

电极材料对高压脉冲放电处理苯酚的影响

高压脉冲放电产生的低温等离子体技术广泛应用于环境污染治理,金属电极材料会影响污染物放电处理效能。对比Fe、Cu和Al电极材料对苯酚溶液的处理效果,考察电极极性组合、溶液初始pH和电导率等反应条件对苯酚去除率和H_(2)O_(2)生成量的影响,并研究了影响机制。结果表明:在放电峰值电压20 kV、频率50 Hz、O_(2)流量2 L/min的条件下,反应65 min,不论做高压电极还是接地电极,Fe与Al对苯酚的降解率高于Cu电极,分别为90.1%、89.6%和77.0%。电极材料对苯酚降解效果的高低顺序为Al Al、Fe Fe(Fe Al、Al Fe)、Cu Al(Al Cu、Cu Cu)、Fe Cu、Cu Fe。Al电极放电后溶液中H_(2)O_(2)生成量最高,Fe电极由于芬顿反应消耗了H_(2)O_(2)。电极材料对H_(2)O_(2)的积累由多到少的顺序为Al Al、Fe Al、Al Fe(Fe Fe)、Fe Cu、Cu Fe、Cu Cu。对于Cu和Al电极,溶液碱性条件下苯酚去除率较高,而Fe电极在中性和碱性条件下处理苯酚较好。溶液电导率对3种电极处理苯酚的影响各不相同。