不同气体成分添加对氮气滑动弧放电模式及特性的影响

研究表明滑动弧放电等离子体可高效降解生物质气化焦油,而气体种类和含量是影响滑动弧焦油降解性能的重要因素。为优化滑动弧放电的运行条件参数以及为实际应用效果的提升提供支撑,通过电学和光学等检测分析手段,采集并获得了在氮气滑动弧中添加不同体积分数的气体成分(二氧化碳、水蒸气和氧气)时放电的电学信号和放电图像,系统研究了不同运行条件下交流滑动弧等离子体的放电模式、伏安特性、光谱特性及电弧运动特性。研究结果表明:在氮气气氛中,滑动弧放电呈现出稳定滑动和击穿伴随滑动两种不同的模式,前者具有较大的平均放电功率和滑动周期,且能产生较大的电弧弧长和弧高;气体成分及其体积分数对放电模式具有显著的影响:HO的添加有利于电弧向稳定滑动模式发展,而CO_(2)和O_(2)的添加则使滑动弧放电表现出以击穿伴随滑动为主的模式;滑动弧放电模式直接影响其发射光谱强度,和击穿伴随滑动模式相比,稳定滑动模式下的发射光谱强度明显增强,这表明稳定滑动模式有利于产生更多的活性粒子,促进化学反应的进行;此外,在氮气滑动弧放电等离子体中引入CO和O会产生新的活性物种,如CO_(2)和O_(2)原子等,但氮气激发态活性粒子的强度会随添加气体体积分数的增大而降低,且滑动弧等离子体区域变小,放电逐渐趋于不稳定模式;而水蒸气的引入,利于电弧在气流推动下向电极下游发展和维持,获得较高的电弧弧长和弧高,由于水具有电负性,随着其体积分数的增大电场中自由电子数密度减小,电弧的发展受到抑制,电弧弧长和弧高逐渐减小,从而使等离子体范围逐渐变小。

大气压氮气交流滑动弧放电模式及其周期特性研究

滑动弧放电在能源环境及材料处理等领域有着广泛的应用,为指导实际应用中滑动弧电极结构和运行参数优化及应用效果提升,通过电学和光学特性等分析手段,采集并获得不同气体流量、电源调压器电压下氮气滑动弧的放电信号和放电图像,研究不同条件下交流滑动弧放电的放电模式、伏安特性、光谱特性及电弧运动特性。研究结果表明:交流滑动弧在整个放电过程中存在稳定滑动和击穿伴随滑动两种模式,两者的电信号特征和电弧运动特征存在显著差异,通过减少气体流量或增加输入电压均会使电弧的放电模式向着稳定滑动模式转变。稳定滑动模式下的平均放电功率和滑动周期都高于击穿伴随滑动模式,且在稳定滑动模式下能产生较大的电弧弧长和弧高;交流滑动弧的发射光谱强度也和滑动弧放电模式直接相关,稳定滑动模式下的光谱强度高于击穿伴随滑动模式的光谱强度,有利于促进化学反应的进行。因此,在交流滑动弧放电实际应用中,可在较低的气体流量和较高的调压器输入电压下运行(该文在3L×min-1和120V),来获得稳定性高、活性强的等离子体,以达到提升应用效果的目的。

电极旋转运动过程中直流空气电弧的动态分析

针对电极旋转运动过程中直流空气电弧动态特性的研究,提出直线+旋转运动的电极运动方案,并与电极直线运动过程中电弧的动态特性进行对比分析。为此,以磁流体动力学(MHD)为基础,建立三维直流空气电弧的数学模型,通过多物理场耦合仿真得到两种电极运动方式对直流空气电弧运动过程中弧根位置、弧柱体流速、电弧温度的对比分布,并与实验进行了对比分析。分析表明:电极直线+旋转运动较电极直线运动,加大了阴极弧根与阳极弧根的相对位置偏差,使得电弧有了更大的运动空间,从而加速弧柱体的流动,造成电弧温度下降得更快,缩短了电弧的燃弧时间,更有利于电弧的熄灭。