微米级液滴气液两相体击穿特性研究

摘要

近年来，放电现象在环境污染治理（脉冲放电水处理，烟气脱硫催化剂的放电等离子体活化）等许多领域都得到应用，在环境治理方面有着良好的应用前景。同时放电的环境条件也非原先的单一化，而更多是两相或多相体的放电。长期以来国内外关于放电现象的研究，都是以单一的气态介质、液态介质、固态介质或它们的分界面为研究对象，而关于两相体的放电研究很少。大部分仅仅以气体放电或液中放电的理论来近似处理多相体中的问题。 本文从气体放电的基本过程出发，分析了影响气液两相体放电发生和发展过程中的几个重要影响因素，初步提出了气液两相体的直流/脉冲放电机制。液相在放电过程中主要有两方面的作用：一是液滴对电场有强烈的畸变作用（包括空中液滴和电极上沾附液滴）；二是液滴对放电过程中产生粒子的吸附与吸收（包括对电子的吸附和对光子的吸收）。这是导致气液两相体放电与气体放电现象差异的重要因素。 针对液滴的电场畸变，本文建立了在均匀弥散系统中的雾团模型，雾团即为一定数量的稳定液滴集合体。通过该模型模拟计算的结果，发现整个场域的平均场强降低，同时随着液滴介电常数的增加，电场下降幅度变大，这与实验现象是相吻合的。 针对直流放电击穿特性，本文对气液两相体中球-球电极间隙的直流放电击穿进行了实验研究。发现击穿电压提高1％~20％，而且随着单位体积液滴数的增多，击穿电压提高的比例增加；液滴电导率的增大，击穿电压提高的比例增加。在准均匀电场中，击穿电压提高比例较大；在非均匀电场中，击穿电压提高不明显。 针对脉冲放电击穿特性，本文研究分析了气液两相体中球-球电极间隙的脉冲放电击穿，发现击穿电压提高5％~100％。随着单位体积液滴数的增多，击穿电压提高的比例增加；液滴电导率的增大，击穿电压提高的比例增加。在准均匀电场中，击穿电压提高比例较大；在非均匀电场中，击穿电压提高不明显。