高气压下三维旋转滑动弧放电光谱特性分析

为探究气体压力对滑动弧放电稳定性的影响规律,在高气压放电实验平台上,开展了滑动弧放电光谱特性研究。利用发射光谱法对滑动弧放电过程中的激发态物质进行诊断,并对不同气体压力条件下滑动弧放电的电子密度、振动温度、转动温度进行了计算。在滑动弧放电发射光谱中观测到氮气第二正带系N_(2)(C^(3)Π_(u)→B^(3)Π_(g))和氮气第一负带系N^(+)_(2)(B^(2)Σ^(+)_(u)→X^(2)Σ^(+)_(g))的发射谱线,随着气体压力升高,氮气第二正带系谱线发射强度增强,氮气第一负带系的发射强度变化幅度较小。当气体压力超过0.26 MPa之后,在滑动弧放电发射光谱中发现了氮气Gaydon s Green带系507.4 nm的发射谱线,其发射强度为3508.49 arb,随气体压力升高其谱线发射强度无明显变化。利用Stark展宽法对滑动弧放电过程中的电子密度进行了计算,得到电子密度在1023量级,并且随着气体压力的增加,滑动弧放电的电子密度呈线性增加。针对氮气分子第二正带系的5条谱线,采用玻尔兹曼图解法对滑动弧放电的振动温度进行计算,振动温度随气体压力的变化并非单调变化,在0.3 MPa之前振动温度变化幅度较小,气体压力超过0.3 MPa之后振动温度迅速增加。对氮气分子第一负带系390~391.6 nm处的发射谱线进行拟合计算滑动弧放电的转动温度,结果表明在0.24 MPa之前转动温度随气体压力升高变化幅度较大,气体压力超过0.24 MPa之后转动温度增长幅度变小。

辅助放电下刷状空气等离子体羽的放电特性和参数诊断

大气压等离子体射流(APPJ)能产生富含活性粒子的等离子体羽,在众多领域具有广泛的应用前景.从应用角度考虑,如何产生大尺度弥散等离子体羽是APPJ研究的热点之一.目前,利用惰性气体APPJ已经能产生令人满意的大尺度等离子体羽,但从经济性上考虑,如何产生大尺度空气等离子体羽更具有应用价值.针对于此,本工作设计了一个具有辅助放电的APPJ,产生了大尺度刷形空气等离子体羽.结果表明,刷状空气等离子体羽可以在一定电压峰值(Vp)内产生,并且随着Vp增大等离子体羽的长度和发光强度都增大.电压和发光信号波形表明,每半个电压周期最多会有一次放电.每半个电压周期的放电概率和光脉冲的强度都随着Vp增大而增大,但放电起始时刻的电压值会随着Vp增大而降低.高速影像研究表明弥散刷形空气等离子体羽和小尺度空气等离子体羽的产生机制类似,均源于分叉正流光的时间叠加.此外,采集了刷形空气等离子体羽的发射光谱,并利用其对放电的电子温度、电子密度、分子振动温度和气体温度进行了研究.结果表明,等离子体羽的气体温度较低,且基本不随Vp变化.然而电子密度、电子温度和分子振动温度均随着Vp增大而升高.利用激光诱导荧光光谱技术研究了等离子体羽的OH浓度,发现OH分布较为均匀,且其浓度随着Vp增大而增大.最后,对这些变化规律进行定性分析.

特殊光束诱导空气等离子体产生太赫兹波

在过去几十年,飞秒激光脉冲电离空气产生太赫兹波,因具有超宽频带和高场强的优势而受到广泛关注。为了从激光诱导的等离子体中激发更强的太赫兹辐射,人们采用改变激光参数和气体介质等多种方法。本文综述了使用特殊光束代替高斯光束诱导空气等离子体产生太赫兹波的技术,探究了突然自聚焦光束、准方形艾里光束以及离轴涡旋光束等特殊光束和实验条件对太赫兹波的增强效果。对特殊光束诱导空气等离子体辐射太赫兹波的物理过程进行解析,可以为获得更优质的太赫兹波源提供新的技术途径。

大气压栅状介质阻挡放电等离子体空气消毒研究

空气净化与消毒是控制呼吸道传染性疾病的有效途径。介质阻挡放电(dielectric barrier discharge,DBD)用于空气消毒具有高效、大面积放电、低风阻等优势,但目前对其空气消毒特性、消毒因子和消毒剂量的研究不足。文中介绍了清华大学电机系气体放电与等离子体研究团队近期关于栅状DBD等离子体空气消毒的研究进展。杀菌特性方面,重点研究了放电结构参量、湿度、微生物种类、电压类型等因素的影响,发现缩小间隙、增大电极尺寸、增加气流湿度均可提高杀菌效率和能量效率(Z值),相对湿度为60%时装置Z值可达1.68L/J;对MS2噬菌体气溶胶的单次通过净化效率可达99.5%~99.9%。杀菌因子方面,实验发现短寿命气相粒子是细菌气溶胶灭活的主要因子,长寿命粒子作用至多占总杀菌作用的30%。杀菌剂量方面,提出以比能量密度作为等离子体空气消毒的剂量参数,并基于湿空气放电的化学反应动力学模型,发现单粒子剂量与功率密度的线性关系,揭示了比能量密度作为剂量的机制。该研究可为介质阻挡放电空气消毒提供理论和工程应用支撑。

2种不同消毒方法对口腔综合诊疗室空气消毒效果的对比研究

目的研究等离子体立体消毒与紫外线平面消毒法在口腔综合诊疗室的空气消毒效果,探讨有效、适宜的空气消毒方法。方法对360名就诊者进行超声波洁治术,洁治后即刻用2种不同消毒方法消毒口腔综合诊疗室并布采样点研究,120例布采样点于遮挡物前面,对照组1为紫外线平面消毒,实验组1为等离子体立体消毒,2组各60例;120例随机布采样点(存在采样点位于遮挡物背面的可能),对照组2为紫外线平面消毒,实验组2为等离子体立体消毒,2组各60例;120例布采样点于遮挡物背面,对照组3为紫外线平面消毒,实验组3为等离子体立体消毒,2组各60例。结果对照组1、实验组1实验前后菌落总数差值中位数分别为1.85、1.90,实验组1空气菌落数下降与对照组1相比,差异无统计学意义(P>0.05)。实验组2、对照组2实验前后菌落总数差值中位数分别为2.80、1.70(P<0.05),实验组2空气菌落数下降高于对照组2。实验组3、对照组3实验前后菌落总数差值中位数分别为2.25、0.30(P<0.05),实验组3空气菌落数下降高于对照组3。结论等离子体立体消毒法对于口腔综合诊疗室空气消毒的有效性优于紫外线平面消毒法,值得临床推广运用。

低温等离子体及其协同催化空气净化技术研究进展

等离子体技术具有控制方便、效率高等优点,使用协同催化氧化技术后不仅可提高催化活性,降低能耗,并且能减少二次污染。综合介绍低温等离子体技术、低温催化氧化技术和低温等离子体协同催化技术在空气净化领域的基本原理和应用情况。深入介绍低温等离子体协同催化技术的作用机理和催化剂类型,探讨协同催化技术在空气净化中的应用,并对未来研究发展的方向进行展望。

农用车车载空气净化装置设计与净化能力仿真

随着用户对环保与健康的要求越来越高,农用车车内空气质量尤其受到关注。针对车内空气净化,设计了一种电晕放电产生低温等离子体的空气净化装置。根据农用车使用工况,选择线-板结构等离子发生装置,然后用COMSOL软件仿真计算其产生的电子密度。仿真结果表明,在电压5kV、电极间距10mm时,电子密度可达到1.3×10^(14)m^(-3);电压7kV、电极间距10mm时,电子密度可达到5.5×10^(14)m^(-3);电压5kV、电极间距7mm时,电子密度可达到2.5×10^(14)m^(-3)。线-板形式电晕放电可产生高密度的高能电子,具有很强的空气净化能力。可采用适当增加线电极数量、增大电压、减小电极间距等措施来提高电子密度。

空气等离子体射流特性及其活化水灭菌效果

等离子体活化水在医学、食品和农业领域有广泛的应用前景。文中采用同轴针–筒电极在高频交流高压驱动下产生空气等离子体射流来制备活化水,研究了空气等离子体射流在不同电极参数和气体流量下的形态、电学和光学特性,并探究了所制备活化水的理化特性及灭菌效果。结果表明,在低空气流量(qv<5 L/min)时,空气流动处于层流状态,射流长度和放电功率随流量增大而小幅增加,在较高空气流量(qv>5 L/min)时,逐渐向湍流转变,射流长度和放电功率随流量增大而减小,当射流与液面接触时功率略有下降。发射光谱表明空气射流的等离子体振动温度相对其他放电方式的更高,射流作用于去离子水可使其pH值下降,氧化还原电位和电导率上升,活化水的灭菌功效随活化时间增加而增强,染病葡萄叶表微生物的灭活率超过90%,而活化水在室温敞口放置1h后灭菌能力显著下降。本研究可为空气等离子体射流活化水的现场应用提供数据参考。

飞秒三色谐波脉冲增强空气等离子体中太赫兹波的产生

本文基于瞬态光电流模型和多色谐波脉冲叠加形成的类锯齿形电场,研究了频率比为1:2:m(m为正整数)的飞秒三色谐波脉冲诱导空气等离子体产生太赫兹波的情况。结果表明,在空气被饱和电离且电子密度达到相同最大值的情况下,对于相同数量的谐波脉冲,当合成脉冲包络中的电场形状更接近锯齿形且更不对称时,太赫兹波的转换效率并不总是更高。此外,研究了采用频率比为1:2:3和1:2:4的飞秒三色谐波脉冲的特定波长组合方案增强太赫兹波的产生。对于这些特定的波长组合方案,可以在常用频率比为1:2的双色光脉冲方案基础上仅添加一组光参量放大器就能实现。我们的研究将有助于获得强太赫兹波源,并为实验操作提供指导。

低温等离子体去除VOCs技术研究进展

低温等离子体技术因其高效的去除效率以及较低的运行成本,已被广泛应用于VOCs脱除工艺。首先介绍了低温等离子体去除挥发性有机物的工作原理,其次分析了低温等离子体去除挥发性有机物技术的影响因素,详细阐述反应器电极形状尺寸、放电间隙、气流速度、催化剂等因素对该技术脱除效率的影响作用,最后对低温等离子体技术的发展方向进行了展望。

危废回转窑焚烧灰、渣等离子熔融试验研究

危废回转窑焚烧灰、渣等离子焙融试验依托等离子炬提供的高密度、高温热源,实现熔渣玻璃体含量、酸溶失率及重金属浸出率全部达标。介绍了危废焚烧灰、渣等离子熔融装置工艺流程和试验方案,通过对等离子空气炬、氮气炬、蒸汽炬3种工况条件下危废灰、渣熔融的能耗、熔化速度、等离子炬烧蚀、烟气排放和熔渣检测结果进行分析对比,为下一步工业化提供大量的数据基础和运行经验。试验结果表明:蒸汽炬作为高温热源,无氧化气氛,烟气中无氮氧化物和二噁英、热效率高,可实现真正的“近零排放”。

NTP活化助燃空气降低垃圾焚烧中NO_(x)排放研究

为达到在燃烧过程中控制NO_(x)等气态污染物生成的目的,利用低温等离子体(NTP)将空气活化后,作为垃圾焚烧的助燃风,并考虑分级空气活化等不同工况,研究NO_(x)等气态污染物生成的变化情况.发现在相同物料燃烧工况下,空气经等离子体活化后助燃能加速燃烧反应进程,尤其在垃圾升温开始燃烧阶段引入活化的一次风助燃可缩短约23.8%的燃烧时间,烟气中NO_(x)总排放量降低可达85%.结合化学反应动力学对NTP活化助燃空气降低垃圾焚烧过程中NO_(x)生成机理进行初步探索,发现将NTP活化空气生成的活性基元(O、OH、H等)引入燃烧系统能够显著加速燃烧反应进程,同时促进NO及其前驱物的还原和分解,从源头上控制NOx等污染物生成.此外本研究还对比了二次风活化以及在高温区供入活化风降低NOx的效果,推荐了活化空气的加入区段.研究提供了一种经济有效且简单可行的NO_(x)控制思路,对进一步降低垃圾焚烧的气态污染物源头生成、简化烟气净化系统有重要意义.

涤纶织物等离子体表面改性及其性能研究

研究探讨了处理时间、放电气氛(Ar和O_(2))和处理功率等不同的等离子体处理条件对涤纶织物润湿性能的影响,从而得到较佳的处理条件,并对较佳条件下的试样进行了分析和表征。结果表明,等离子体处理会对涤纶织物的润湿性能产生影响,在其他条件相同时,随着处理时间的延长,接触角有先减小后增加的趋势。而随着功率的增加,出现转折点的时间会变短。当处理时间为40 s,放电气氛为Ar,处理功率为47 W时,所得样品的润湿性能最好,为本文中最佳的处理条件。通过SEM与FT-IR的分析表明处理后的试样表面会出现刻蚀痕迹,同时它的红外光谱特征吸收峰的强度有所加强。对试样的透气性测试表明,处理后试样的透气量会减小,而且用O_(2)处理比用Ar处理时的透气量有明显的降低。电子织物强力机测试表明,等离子体处理对试样的力学性能影响不大。

考虑微量CO_(2)影响的He+Air等离子体反应动力学研究

He+Air等离子体是常见的大气压冷等离子体类型,具有活性粒子众多、反应体系复杂的典型特征,使得实验研究难以系统开展,因而仿真研究非常重要。尽管如此,目前的仿真模型鲜有考虑空气中的微量CO_(2),而笔者课题组与同行均发现,微量气体组分可能会对等离子体的活性粒子带来显著影响。鉴于此,基于前期报道的He+Air等离子体全局模型,新增了CO_(2)及其7种放电产物与120个相关反应,研究了地表空气中5种典型CO_(2)浓度下的等离子体反应动力学特性。发现在放电功率密度为10 W/cm^(3)时,CO_(2)的放电转化率达到37%以上,CO_(2)的转化明显加强了等离子体的电离过程,削弱了解离和吸附过程。在地表空气常见的CO_(2)浓度范围内,考虑CO_(2)可使He+Air等离子体中活性粒子的平均密度改变1.8%~11.2%。该研究量化了微量CO_(2)对He+Air等离子体中活性粒子的重要影响,揭示了不同地域CO_(2)浓度差异会显著改变同一等离子体源的反应活性,可为生物医学等应用提供参考。

空气暖等离子体射流发生器降温系统设计

为了更好满足等离子体射流发生器便携、易操控、应用环境多样性等要求,针对传统水冷笨重、难以移动等缺点,在发生器电极、冷却结构等方面设计了以空气为工作气体并且兼具冷却功能的气体回路便携式暖等离子体射流发生器,研究了工作气体流量、放电频率、放电电压对等离子体射流温度的影响规律.研究发现,冷却气体的引入明显降低了射流温度,在5.5 kV电压、22 kHz频率和7 L/min流量条件下,冷却气体的引入使得射流温度降低了302℃.射流温度随着气体流量和放电频率的增加而减小、随放电电压的增加而增加.相对于放电频率或放电电压,射流温度的降低对气体流量依赖性更强.

基于超薄透明Ag_(2)O/Ag阳极的高效有机电致发光器件

提出了一种通过在玻璃衬底表面引入氧化银种子层的方法,成功制备了具有良好表面、光学、电学特性的超薄透明导电Ag薄膜。首先,在玻璃衬底上用热沉积的方法生长1 nm Ag薄膜,然后对该薄膜进行空气等离子体处理,生成氧化银种子层,该种子层可抑制Ag原子的随机迁移,提高随后沉积Ag原子成核密度,从而促进Ag原子快速成膜。以该超薄透明氧化银/银薄膜为阳极,实现了一种高效磷光有机电致发光器件,器件的最大电流效率、功率效率分别为60.4 cd·A^(-1)和63.2 lm·W^(-1),是常规ITO器件的1.45倍和1.60倍。该研究结果表明,以氧化银为种子层的超薄透明Ag薄膜是极具发展潜力的透明导电电极。

介质阻挡放电辅助稀薄甲烷-空气燃烧点火过程的一维数值模拟

非平衡态等离子体可以辅助稀薄甲烷-空气燃烧,但是目前对该过程的数值模拟尚不深入。本文建立了简化的等离子体辅助甲烷燃烧反应机理,并采用一维流体模型对微尺度DBD非平衡态等离子体辅助稀薄甲烷-空气燃烧过程进行数值模拟。模拟结果显示,等离子体放电可以在较低的初始温度下有效促进燃烧反应的发生,并且随着放电电压增加,放电空间中电子数密度明显增加,同时有效提高了燃烧温度。数值模拟结果可以反映主要活性粒子的变化趋势。在该阶段中,Ar含量增加或者CH_(4)与O_(2)摩尔比增加都会小幅增加燃烧温度,但是影响幅度较小。本研究结果增进了对该过程的了解。

基于同步传输链路的并联气吹式破袋机结构设计

为解决血液制品生产过程中投入成本高、血浆回收率低、血浆袋破袋操作效率低等问题,设计了一种新型血浆袋破袋机。基于传统破袋机的剪辫、破袋和收集功能,结合流水生产线操作方法,创新引入多路同步传输链路及吹气装置。该破袋机以多路同步传输处理链路为基础、包含冰冻血浆袋剪管-破袋-排冰总成及并联气吹式血浆袋破袋系统,实现了冰冻血浆袋自动破袋、破袋后自动排出血浆和空血浆袋自动收集的功能。详细介绍了破袋机的设计结构和工作方式,并对破袋机在整个破袋操作过程中的破袋方式、工序同步能力和具体运动过程等进行了详细说明,最后通过导入Solidworks软件建立三维模型进行装配,以验证结构设计的合理性和各工序的联动性。结果表明,设计的破袋机可同步完成血浆袋剪辫、破袋、沥干和回收等工序,提高了血浆袋的破袋效率及血浆的回收率,提高了血液制品的生产效率。

一种新型组合谐振腔微波等离子体炬

微波等离子体电子密度大,电子温度高,在材料合成、有害气体消解、光谱分析等领域有着广泛的应用前景。本文提出了一种新型的组合谐振腔微波等离子体炬,利用一个微波源通过功分器后分别激励两个不同的谐振腔,微波馈入谐振腔后,在谐振腔内产生驻波,在驻波波腹处电场强度最大完成等离子体的激发,实现在较小微波输入功率、大气压下的空气击穿并形成大体积的等离子体火焰。通过对谐振腔结构尺寸优化,使谐振腔内的电场强度达到激励和维持微波等离子体的要求。

基于交替吸附-低温等离子体强化催化的苯系物净化综合实验平台

室内空气中的苯系物对人体健康危害大。该文研制了基于吸附、催化和低温等离子体技术的净化室内苯系物的综合实验平台,平台由吸附/催化双功能材料模块、低温等离子体发生器、风道系统和控制系统构成,可长时间连续净化低浓度苯系物,实现吸附/催化材料的原地再生和无O_(3)二次污染的绿色目标。该平台提高了大气污染控制工程、环境综合实验等实验课程的高阶性、创新性、挑战度,有助于培养学生创新思维和解决实际工程问题的综合能力。