介质阻挡放电臭氧产生的流光击穿及电子输运特性研究

摘要

臭氧因其具有极强的氧化性与较小环境污染,近百年前就成功应用于水处理与医药行业中,且其新的应用不断被发现。然而臭氧产率不够高作为一个难点一直困扰着科研工作者。本文对放电空间电子群系数进行数值计算,获得了漂移系数、平均电子能量、有效电离系数和临界折合击穿场强。从臭氧生成途径的角度对惰性气体对臭氧产生效率的性能影响进行分析并总结。同时基于流光击穿机理对圆管型介质阻挡放电臭氧发生器内惰性气体添加对击穿电压的影响进行预测并将所得值与实测值相比较。具体如下:
　　(1)本文计算了折合场强在40 Td至500 Td的范围内对电子能量分布函数、平均电子能量与漂移系数及有效电离系数的影响,通过电离与粘附的平衡位置确定临界折合场强。并将计算所得电子输运系数与有效电离系数与相对应的实验值相比较。结果表明:SF6含量的增加使使得平均电子能量上升;漂移系数随着折合场强的升高而升高,随着SF6含量的增加而下降;有效电离系数随着折合场强大小升高而增加,在折合场强一定时,有效电离系数的大小随SF6含量的升高而下降。
　　(2)本文计算了惰性气体He、Ar、Kr以及Xe的添加对电子输运系数及有效电离系数的影响。通过引入流光击穿机理对击穿进行模拟,预测了不同条件下的惰性气体添加剂对空气源及氧气源臭氧发生器击穿电压值,研究结果表明:在氧气源及空气源下,惰性气体添加均能增加有效电离系数且惰性气体含量的增加使击穿电压下降且下降趋势总体上趋于线性。
　　(3)在Boltzmann分析手段的帮助下,研究了空气源及氧气源下惰性气体添加剂对臭氧浓度、臭氧转化率及臭氧产率的影响。研究结果表明:受惰性气体激发态阀值大小及队形碰撞激发反应系数大小的影响,激发态的惰性气体分子与O2的彭宁分解对臭氧产生有着不可忽视的作用,影响着臭氧浓度、转化率及臭氧产率的变化。

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第1章 绪论

1.1 等离子体放电

1.2 电子输运特性与击穿研究

1.3 本文的主要研究内容

第2章 SF6/O2和SF6/Air混合气体电子输运系数及有效电离系数计算

2.1 Boltzmann 方程

2.2 Boltzmann求解

2.3 SF6/O2和SF6/Air的电子输运系数及有效电离系数计算

第3章 介质阻挡放电下流光击穿电压模拟

3.1 流光击穿机理

3.2 有效电离系数

3.3 击穿电压的模拟结果与实验值的对比

第4章 惰性气体对臭氧产生的影响分析

4.1 惰性气体添加对应用电压和放电功率的影响分析

4.2 惰性气体添加对平均电子能量与电子密度的影响分析

4.3 惰性气体添加剂对转化率，臭氧浓度及臭氧产率的影响分析

第5章 总结与展望

5.1 全文总结

5.2 对未来的展望

致谢

参考文献

攻读学位期间的研究成果