双极性高压脉冲介质阻挡放电降解甲醛及臭氧生成质量浓度控制

为进一步提高介质阻挡放电(DBD)降解甲醛的效率,并控制副产物的生成量,采用正负双极性高压脉冲电源对同轴式介质阻挡反应器供电,系统地研究了脉冲电压、脉冲重复频率、放电间隙、气体体积流量及甲醛初始质量浓度等影响因素对甲醛降解率及臭氧生成质量浓度的影响。实验结果表明:升高脉冲电压有利于甲醛的降解,当脉冲电压达到19 k V时,脉冲电压继续升高对甲醛降解率的影响不大,而臭氧生成质量浓度随着脉冲电压的增加而不断增大;放电间隙对甲醛降解率有很大的影响,随着放电间隙的减小,甲醛降解率增大,但放电间隙过小时,臭氧生成质量浓度较大;随着气体体积流量的增大,甲醛降解率降低;随着脉冲重复频率的增大,甲醛降解率增大,当脉冲重复频率达到60 Hz时,继续增加脉冲重复频率,甲醛降解率增大不明显;在一定实验条件下,甲醛初始质量浓度越大,甲醛降解率降低,而甲醛去除质量浓度增大并趋近于反应器的最大处理量。

双极性高压脉冲介质阻挡放电脱硝实验参数优化研究

为提高机动车尾气中NOx的去除率,采用了介质阻挡放电对NOx进行处理,研究了介质阻挡放电反应器在不同介质参数、放电参数和气体参数条件下对NOx去除的影响,优化了双极性高压脉冲放电的反应参数。结果表明:当放电极为直径10mm的螺纹铜棒,介质管为内径16mm、介质厚度1.5mm的石英玻璃管,放电间隙为3mm,放电长度为28cm,放电频率为60Hz,O2体积分数为6%,NOx初始质量浓度为536mg/m3,气体流量为1.1L/min,单向脉冲电压为12kV,C2H2与NOx质量浓度比为1.5时,NO转化率和NOx去除率分别为64.56%和22.57%。

脉冲激励下介质阻挡放电负载的特性研究

脉冲激励能大幅度提升介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)负载的放电效率。针对传统的实验研究由于受到实验环境和材料等的限制,无法对脉冲激励下介质阻挡放电的放电特性进行更细致的研究的现状。文中以电压型脉冲激励下填充气体为氩气(Ar)的DBD型负载为研究对象,通过构建DBD负载的一维流体模型对该模型的放电曲线以及在不同脉冲参数和介质层参数的条件下DBD的放电特性进行研究。结果表明:DBD负载在一个周期内产生两次极性相反的放电,第一次放电强度比第二次放电强度要高。此外,通过对放电过程的电气量的时空特征研究得出,可以通过提高脉冲电压的幅值、缩短脉冲升降沿时间、选择相对介电常数高的材料以及减少介质层厚度的方法来提高DBD负载的性能。

一种适用于介质阻挡放电负载的简易型单极性正向脉冲式供电电源

针对常用的负载谐振型波形连续式的供电电源无法充分发挥介质阻挡放电负载的性能,以及现有脉冲式供电电源拓扑结构比较复杂的不足,提出了一种由1个功率开关管、2个二极管和1个耦合电感构成的单极性正向脉冲式供电电源。通过对该供电电源工作模态的分析得出,该供电电源不仅能为介质阻挡负载提供快速上升的脉冲电压,而且功率器件工作于软开关状态。仿真和实验结果验证了该供电电源的可行性,所提出的单极性正向脉冲式供电电源对现有的介质阻挡放电负载的供电电源的升级改造有一定的借鉴意义。

不同方波脉冲模式下介质阻挡放电产生臭氧的研究

为提高介质阻挡放电产生臭氧的浓度和产量,文中研究了不同方波脉冲模式下介质阻挡放电产生臭氧的特性。文中对系统放电特性进行分析,计算系统放电功率,研究其在不同极性、不同频率和不同脉宽下产生臭氧的浓度和产量,并对其产生的结果进行了分析和讨论。研究结果表明,在施加正负极性方波脉冲时,臭氧浓度最高,为8.8 g·Nm^(-3);在施加正极性方波脉冲时,臭氧产量最高,为55 g·kWh^(-1)。随着频率的增加,臭氧浓度和产量均呈现先增加后下降趋势。在放电频率为1 kHz时,臭氧浓度最大;在放电频率为1.5 kHz时,臭氧产量最高。在其它参数一定的情况下,随着脉宽的增加,臭氧浓度缓慢增加,臭氧的产量基本无变化。

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。

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。

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%.

双极性脉冲高压介质阻挡放电降解氯苯和甲苯

将双极性脉冲高压引入介质阻挡反应器(螺旋棒式不锈钢电极、石英玻璃介质),分别对氯苯和甲苯的分解特性进行了实验研究.结果发现,这种放电形式可以高效注入能量,兼有脉冲电晕放电和介质阻挡放电的特点.脉冲高压使电场强度急剧增强,瞬间产生大功率放电和高能粒子,可以实现对VOCs化学键的高效裂解.与工频交流高压、单极性脉冲高压的试验结果比较表明,双极性脉冲高压取得了最高的降解效果;氯苯比甲苯难以分解.

高压纳秒脉冲下介质阻挡放电的仿真研究

为研究ns脉冲高电压条件下介质阻挡放电的特性,在实验测量正极性ns脉冲介质阻挡放电电压、放电电流的基础上,根据脉冲介质阻挡放电等效电路对空气间隙上的气隙电压、放电电流及功率等参数进行了计算。计算结果表明,气隙电压、电流均为双极性脉冲且放电瞬时功率呈现双峰,分析认为此双极性脉冲是由介质层累积电荷所致;阻挡介质材料、厚度和施加电压频率不同,正极性ns脉冲介质阻挡放电结果也不同;施加电压类型对介质阻挡放电影响很大,相比交流、单极性μs脉冲和单极性亚μs脉冲的介质阻挡放电,正极性ns脉冲介质阻挡放电的放电电流大很多。

纳秒脉冲介质阻挡放电等离子体合成氨工艺条件优化

氨(NH3)作为重要的化工原料对农业及国计民生发展有直接影响。工业合成氨需高温高压、能耗高和污染重。低温等离子体技术是一种可持续,有潜力的合成氨途径,已成为国内外研究热点。本工作以氮气和氢气为原料,在低温常压下采用纳秒脉冲介质阻挡放电等离子体合成氨,通过单因素实验系统研究脉冲峰值电压、脉冲重复频率、气体总流量、N_(2)和H_(2)体积比(V(N_(2))∶V(H_(2)))等因素对合成氨速率及能量产率的影响规律。进一步通过正交实验评价确定影响合成氨反应速率因素的主次顺序为:脉冲峰值电压>脉冲重复频率>气体体积比>气体总流量。影响合成氨能量产率因素的主次顺序为:脉冲峰值电压>气体体积比>脉冲重复频率>气体总流量。结合两部分实验,最终得到合成氨的优选条件:脉冲峰值电压16 kV、脉冲重复频率6 kHz、脉冲上升沿100 ns、V(N_(2))∶V(H_(2))=1∶1、气体总流量200 mL/min。此时NH3合成速率最高为923.08μmol/h,能量产率为0.30 g/kWh。

双极性脉冲高压介质阻挡放电降解苋菜红

印染废水具有水量大、有机污染物质量浓度高等特点.利用双极性高压脉冲电源引发的介质阻挡放电产生的非平衡等离子体降解偶氮染料苋菜红(AR27),研究了影响色度去除的因素,如初始质量浓度、电导率、放电频率等,得到了较好的处理效果.结果表明:在初始质量浓度50 mg/L、电导率2.5×103μS/m、曝气量0.6 m3/h、频率50 Hz、电压18 kV时,放电处理90 min,脱色率可达到91%.

一种适用于介质阻挡放电型准分子灯的双极性脉冲式供电电源

如何为介质阻挡放电(DBD)负载构建结构简单的高性能供电电源一直是DBD应用领域面临的难题。通过利用DBD负载呈容性这一特性,结合DBD负载对激励波形特殊需求的基础上,本文提出了一种适用于DBD负载的双极性脉冲式供电电源。该供电电源仅由一个直流电源、两个功率开关器件、两个二极管和一个升压变压器构成。为了在DBD负载上生成同时具有高上升率、下降率和间歇时间的高频高压双极性脉冲激励,本文设计了该供电电源的工作时序,并进行理论分析和以准分子灯为负载的实验装置来验证供电电源的可行性。实验结果表明,本文构造的供电电源不仅能在准分子灯上生成期望的脉冲激励,而且实现了所有功率开关器件工作在软开关状态。此外,本文构造的供电电源除了具有元器件少的优点,而且能实现准分子灯放电光强线性调节和充分发挥准分子灯性能的特征。

Kr/Cl_(2)混合气体介质阻挡放电多电流脉冲行为分析

222 nm远紫外具备杀菌消毒同时对人体无伤害的特质,KrCl^(*)准分子灯经过特殊的光学滤波片能辐射出222 nm远紫外光,能有效地解决当前疫情下的传染防控需求。本文通过一维流体模型研究正弦驱动电压对Kr/Cl_(2)介质阻挡放电中多电流脉冲行为,为维持KrCl^(*)准分子灯稳定放电提供理论参考依据。结果表明,Kr/Cl_(2)介质阻挡放电多电流脉冲放电受驱动电源的幅值和频率调控;随着电压幅值的增加,其电流脉冲个数会呈现先增后减的趋势,随着频率增长到105 Hz量级,其半周期内电流脉冲个数会保持在1个。

新型介质阻挡放电平面光源高压窄脉冲逆变电源的设计与研究

为了提高介质阻挡放电型平面光源的放电效率,本文设计并给出了一种可用于介质阻挡型平面光源及基于介质阻挡原理的气体放电器件的高压窄脉冲产生电路。该逆变电路包含两个全桥逆变电路部分,通过控制两全桥逆变电路输出脉冲的相位差来实现高压窄脉冲的输出。设计并验证了基于12英寸介质阻挡放电平面光源的电路原型。实验结果表明,该逆变电路可以实现最小脉宽为800ns,脉冲幅值为4.5kV的高压窄脉冲;亮度及发光效率随工作频率的升高而升高;当输入功率为36.4W时,亮度可达3200cd/m2,此时系统发光效率为13.4lm/W。

不同介质下纳秒脉冲介质阻挡放电特性对比

介质阻挡材料是影响介质阻挡放电的一个重要因素。为此,采用聚四氟乙烯、K9玻璃和环氧分别作为介质阻挡材料,研究了介质阻挡层厚度、气隙距离、施加脉冲电压幅值、重复频率对放电特性的影响,并对结果进行了对比分析。实验结果表明,阻挡材料的介电常数越大,越容易产生强烈的放电;玻璃为阻挡介质时,能够保持均匀放电的允许介质厚度范围最大,但漏电也最为严重;聚四氟乙烯为阻挡介质时,能够保持均匀放电的允许频率范围最大;环氧为阻挡介质时,能够保持均匀放电的允许电压范围最大。

大气压空气中纳秒脉冲介质阻挡放电特性分析

介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)是产生低温等离子体的重要方法,纳秒脉冲条件下DBD与普通交流下的放电不同。通过单极性纳秒脉冲激发大气压空气中DBD,计算纳秒脉冲DBD的电气参数,与交流或微秒脉冲放电的电气参数相比较,并对比放电图像与电流波形的关系,探讨了放电机制。研究结果表明,纳秒脉冲DBD的放电电流呈双极性,气隙上发生2次放电过程,其电气参数高于常规交流和微秒脉冲DBD的电气参数。随着空气间隙距离的增加,均匀放电向丝状放电的转化与电流脉冲波动相关。由于微放电持续时间与施加脉冲处于同一个数量级,且基本同时发生在气隙中,很难在同一位置上存在数个连续的微放电,这对放电的均匀性有利。

大气压空气中纳秒脉冲介质阻挡放电均匀性的研究

为了实现大气压空气中纳秒脉冲均匀介质阻挡放电(DBD),利用上升沿15ns,半高宽30～40ns的正极性纳秒脉冲激发DBD,并由电压电流和放电图像研究DBD的特性,分析均匀放电实现的条件和特征。实验结果表明放电电流呈双极性,且电气参数要比交流及微秒脉冲DBD的高,在一定条件下可获得均匀模式放电。通过重复频率和气隙距离对放电均匀性的影响研究发现,2mm空气间隙中,双层介质阻挡时重复频率对放电均匀性影响不明显,但当间隙距离从2～8mm延长时,放电明显由均匀模式向丝状模式过渡。此外,对纳秒脉冲DBD放电均匀性与施加脉冲上升沿的关系进行了探讨。

纳秒和微秒脉冲激励表面介质阻挡放电特性对比

表面介质阻挡放电(DBD)在气体流动控制方面有着巨大的应用前景。利用自制的纳秒和微秒脉冲电源进行表面DBD实验,比较了电压幅值、介质厚度、电极水平间距等对两种激励下表面DBD电特性的影响并进行了分析。实验中两种电源激励的表面介质阻挡放电能量均在mJ量级,上升沿瞬时最大功率达到几十kW。实验结果表明:在脉冲上升沿有多次放电,微秒脉冲上升沿放电次数比纳秒脉冲多;随着电压幅值上升,放电次数减少;介质越薄,放电越激烈,能量越大;电极水平间距对表面DBD放电有影响,间距0 mm时能量消耗最大;施加脉冲电压频率越大,放电等离子体的亮度越大;微秒脉冲放电的等离子体区域要大于纳秒脉冲放电。

脉冲介质阻挡放电等离子体催化CH_4直接转化

研究了微秒脉冲和纳秒脉冲介质阻挡放电等离子体CH_4转化过程。对比了两种脉冲电源激励的CH_4介质阻挡放电等离子体特性,考察了不同脉冲电源激励时重复频率、流速和输入功率对CH_4转化效率及气态产物分布的影响,并对不同实验条件下CH_4转化反应路径的选择进行了分析。实验结果发现,CH_4转化气态产物均以H_2、C2H_6为主,CH_4转化率和H_2产率随着重复频率的上升而下降,但随流速的增大而减小。相同重复频率和流速条件下,微秒脉冲电源激励时CH_4转化率和H_2产率较高,而纳秒脉冲电源激励时具有能量利用率高的优势。在高重复频率、低流速条件下,在石英管内壁和金属电极上会产生更多的积炭和液态烃,因此导致反应的碳氢平衡降低。微秒脉冲电源激励时,随着输入功率的升高氢气和乙烷选择性下降,纳秒脉冲电源激励时呈现出相反的趋势。